Biyoteknolojide yapay zeka devrimi: Milyonlarca DNA dizini aynı anda test ediliyor

Rice Üniversitesi araştırmacılarının geliştirdiği yeni yöntem, bilim dünyasının en büyük zorluklarından biri olan ‘doğru DNA dizisini bulma’ sorununu çözüyor. Yapay zeka ve hibrit dizileme tekniklerini birleştiren sistem, biyoteknoloji ve tedavi yöntemlerinde süreci hızlandıracak.

Hücreleri belirli görevleri yerine getirecek şekilde programlamak mümkün olsa da, bu davranışı sağlayan doğru DNA dizisini tespit etmek bilim insanları için uzun süredir ‘samanlıkta iğne aramak’ kadar zorlu bir süreçti. Rice Üniversitesi’nden bir araştırma ekibi, bu darboğazı aşarak DNA tasarım sürecini büyük ölçekte hızlandıran devrim niteliğinde bir teknik geliştirdi.

İKİ FARKLI TEKNOLOJİNİN GÜCÜ BİRLEŞTİ

"Genetik karmaşıklığı araştırmak için uzun ve kısa menzilli dizilemeyi birleştirme" (CLASSIC) adı verilen yeni yöntem, araştırmacıların yüz binlerce, hatta milyonlarca DNA tasarımını aynı anda üretmesine ve test etmesine olanak tanıyor.

Sistemin başarısı, iki farklı dizileme yaklaşımının entegrasyonuna dayanıyor:

• Uzun Okuma Dizileme: Tam devre tasarımlarını yakalayarak binlerce bazı aynı anda okuyor.
• Kısa Okuma Dizileme: Kısa bölümlerde daha hızlı ve daha doğru sonuçlar veriyor.

Çalışmanın ortak yazarlarından Ronan O'Connell, "Genellikle bu yöntemlerden sadece biri tercih edilirken, ikisini birlikte kullanmanın kütüphane oluşturma ve test etme kapasitesini olağanüstü artırdığını gördük" değerlendirmesinde bulundu.

YAPAY ZEKA İLE YÜZDE 100 DOĞRULUK

Araştırmacılar, geliştirdikleri DNA devrelerini insan embriyonik böbrek hücrelerine yerleştirerek performanslarını ölçtü. Güçlü aktivite gösteren hücrelerin daha parlak parladığı bu süreçte, elde edilen verilerle devasa veri setleri oluşturuldu.

Bu veri setleri, hangi DNA tasarımlarının istenen sonucu verme olasılığının en yüksek olduğunu belirlemek için makine öğrenimi (AI) modellerini eğitmekte kullanıldı. Böylece ekip, henüz fiziksel olarak test edilmemiş tasarımların performansını dahi tahmin edebilir hale geldi. Manuel olarak test edilen dizilerle yapılan karşılaştırmalarda, yapay zeka modelinin tahminlerinin 40'ta 40 oranında, yani yüzde 100 doğrulukla eşleştiği görüldü.

BİYOTEKNOLOJİK İLAÇLAR İÇİN HIZLI ÇÖZÜM

Rice Sentetik Biyoloji Enstitüsü Müdür Yardımcısı Doç. Dr. Caleb Bashor, "Daha önce hiç olmadığı kadar çok sayıda DNA tasarımını aynı anda üretebilen bir teknik geliştirdik" dedi.

Araştırma ekibine göre, yüksek verimli veri işleme ve yapay zeka modellemesinin bu kombinasyonu, özellikle hücre bazlı terapilerin ve diğer sentetik biyoloji uygulamalarının gelişimini ciddi oranda hızlandıracak. Ayrıca çalışma, biyolojik devrelerin tek bir "optimal" tasarım yerine, çalışan birçok olası çözüme sahip olduğunu ortaya koyarak mühendislere daha esnek ve sağlam sistemler tasarlama imkanı sundu.