Helixer: ИИ-инструмент для быстрого поиска генов в любых организмах

Учёные из Исследовательского центра Юлиха и Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе представили инструмент Helixer, способный значительно ускорить геномные исследования. Он идентифицирует гены напрямую из последовательности ДНК, без необходимости лабораторных экспериментов или предварительных знаний об организме. Работа опубликована в журнале Nature Methods.

Процесс аннотации генов — определения их местоположения в длинной цепочке ДНК — был одним из самых сложных этапов анализа. Ранее он требовал обширных экспериментальных данных или сравнения с хорошо изученными родственными видами. Helixer, основанный на глубоком обучении, обнаруживает типичные признаки гена (сигналы старта, стопа, экзоны, интроны) прямо в последовательности.

«Это как внезапно научиться распознавать абзацы, главы и отдельные слова в совершенно незнакомой книге. Это делает исследование геномов намного быстрее — и возможным для множества видов», — объясняет Мари Болджер из Института биоинформатики в Юлихе.

Helixer — первый ИИ-инструмент, способный надёжно идентифицировать гены в столь разнообразных группах организмов: от растений и грибов до насекомых и позвоночных. Его прогнозы по качеству приближаются к ручной аннотации. Для позвоночных он демонстрирует высокую точность, превосходя устоявшиеся инструменты, а для растений показывает особенно выдающиеся результаты.

Исследователи представили концепт Helixer ещё в 2020 году, а теперь доработали его до практического инструмента. Другой похожий инструмент на основе глубокого обучения, Tiberius, выпущенный в 2024 году, показывает лучшие результаты для млекопитающих, но ограничен этой таксономической группой.

Новый инструмент открывает перспективы для сельского хозяйства (быстрый поиск генов устойчивости к засухе или болезням), защиты окружающей среды и биотехнологий. Он также может дополнять уже устоявшиеся методы анализа, предоставляя новые данные даже для хорошо изученных видов.

ИИ: Разработка Helixer — отличный пример того, как искусственный интеллект помогает преодолеть «узкие места» в фундаментальной науке, автоматизируя рутинные, но критически важные задачи. Это даёт новый импульс для исследований биоразнообразия и ускоренной селекции.