بیوساینس عظیم با هدف “منقرض کردن” ماموت پشمالو است
برای بازگرداندن یک ماموت پشمالو، دانشمندان در Colossal با تعیین توالی ژنوم ماموت و فیل شروع کردند و تشخیص دادند که چه چیزی آنها را شبیه و متفاوت می کند. سپس آنها از سلولهای فیل آسیایی برای مهندسی تغییرات ماموت که مسئول ویژگیهای سازگاری با سرما هستند، استفاده میکنند و هستههای سلولهای ویرایششده را به تخمهای فیل قبل از کاشت در یک فیل سالم آسیایی منتقل میکنند.
که شانس بیشتری برای بقا را تضمین می کند. هیسولی، با اشاره به زمانی که تیم این گونه را به یک زیستگاه قطب شمال بازگرداند، گفت: «ما باید مطمئن شویم – این چیزی است که باعث شکوفایی جمعیت میشود.
ژنتیک جمعیت مهم است. او گفت که محققان باید بفهمند که این حیوانات چقدر متفاوت و شبیه به یکدیگر هستند تا در آینده بتوانند جمعیت های پر رونقی ایجاد کنند.
هیسولی گفت: «از آنجایی که تنوع زیستی را از دست میدهیم، بازگرداندن یا احیای گونهها و اکوسیستمهای آنها مهم است که به نوبه خود تأثیر مثبتی بر اکولوژی میگذارد و از حفاظت حمایت میکند.»
کار Colossal برای ساختن ژنوم مرجع ماموت پشمالو شبیه تلاش برای تکمیل یک پازل است.
بیشتر بدانید NVIDIA Parabricks برای تجزیه و تحلیل توالی ژنومی تسریع شده
هنگامی که یک توالی ژنوم نماینده تقریبی پیکربندی شد، تجزیه و تحلیل ثانویه انجام می شود، جایی که شتاب GPU با Parabricks وارد می شود.
دانشمندان چندین نمونه از ماموتهای پشمالو را در طول سالها جمعآوری کردهاند و بهترین نمونهها نمونههای دندان یا استخوانی هستند که در منجمد دائمی یافت میشوند. هیسولی گفت: «ما از این واقعیت سود میبریم که ماموتهای پشمالو به خوبی حفظ میشدند، زیرا آنها در یک محیط قطب شمال زندگی میکردند.
مجموعه ابزارهای بیوانفورماتیک در Parabricks می تواند شتاب بیش از 100 برابر ابزارهای استاندارد صنعتی را که برای تراز و فراخوانی متفاوت استفاده می شود، ارائه دهد. در مرحله تراز، قطعات کوتاه یا خوانده شده از نمونه توالی شده با استفاده از ژنوم مرجع که در این مورد ژنوم فیل آسیایی است، به ترتیب صحیح تراز می شوند. سپس، در مرحله فراخوانی انواع، ابزار Parabricks انواع یا تفاوتها را بین نمونههای ماموت کل ژنوم توالیشده و مرجع فیل آسیایی شناسایی میکنند.
توالی های DNA از نمونه های استخوان در سیلیکون مونتاژ می شوند. اما تخریب DNA در طول زمان به این معنی است که همه قطعات آنجا نیستند. شکاف هایی که باید پر شوند را می توان با ژنوم یک فیل آسیایی، نزدیک ترین خویشاوند زنده ماموت، هدایت کرد.
به رهبری جورج چرچ، پیشگام زیست شناسی مصنوعی، Colossal Biosciences همچنین به دنبال بازگرداندن پرنده دودو و ببر تاسمانی و همچنین کمک به نجات گونه های در حال انقراض فعلی است.
عامل دیگری که باید در نظر گرفت، آلودگی انسان به نمونه ها است. بنابراین برای هر نمونه ای که محققان بررسی می کنند، باید آنالیزهایی را در برابر مراجع سلولی انسانی انجام دهند تا آن آلاینده ها را دور بیندازند.
در ماه سپتامبر، Colossal Biosciences، Form Bio را که یک پلتفرم علوم زیستی محاسباتی پیشرو ارائه میدهد، برای کمک به تلاشهای خود و تجاریسازی نوآوریهای علمی تولید کرد. فرم بیو عضو است NVIDIA Inception، برنامه ای که به شرکت ها پشتیبانی فناوری و راهنمایی پلت فرم های هوش مصنوعی ارائه می دهد.
او اخیراً روی صحنه در South by Southwest در آستین گفت: “ما فقط حدود 65 ژن را هدف قرار می دهیم که نشان دهنده تحمل سرما، فنوتیپ های اصلی مورد نظر ما هستند.”
فواید برای تنوع زیستی، حفاظت و بشریت
به گفته Colossal، فیل جنگلی آفریقایی که به شدت در خطر انقراض است، در سه دهه گذشته نزدیک به 90 درصد کاهش یافته است. به گفته این شرکت، شکار غیرقانونی بیش از 100000 فیل آفریقایی را تنها بین سالهای 2010 تا 2012 برده است.
برندی کانتارل، معاون بیوانفورماتیک در Form Bio گفت که Parabricks شامل برخی از همان ابزارهای منبع باز است که Form Bio استفاده میکرد و جایگزینی آنها با نسخههای NVIDIA GPU شتابدهنده آن ابزارها را آسان میکند.
در توالی و تحلیل چیزهای زیادی در خطر است.
انسانها باعث انقراض بسیاری از گونهها شدند، اما زیستشناسان محاسباتی اکنون در تلاش هستند تا آنها را با CRISPR و سایر فناوریهای ویرایش ژن، جهشهای هوش مصنوعی و ابزارها و فناوری بیوانفورماتیک مانند NVIDIA Parabricks مجموعه نرم افزاری برای تجزیه و تحلیل ژنومی
Cantarel گفت: “ما در حال دریافت خروجی های بسیار مشابه یا دقیقا مشابه هستیم و سریعتر و ارزان تر بود.”
تجزیه و تحلیل هدف گیری تحمل سرما برای ماموت پشمالو
در مقایسه با نرمافزار منبع باز روی پردازندهها، Parabricks که روی پردازندههای گرافیکی اجرا میشوند، Colossal را قادر میسازد تا تجزیه و تحلیل توالی انتها به انتها خود را ۱۲ برابر سریعتر و با یک چهارم هزینه کامل کند و تحقیق را تسریع کند.
هیسولی میگوید: «اگر تعداد فیلها رو به کاهش باشد، ممکن است در طول زندگیمان این گونههای فیل را از دست بدهیم.
چرچ در مصاحبه اخیر خود در پادکست TWiT گفت: “حدود 20 میلیون برابر کاهش قیمت و بهبود مشابهی در کیفیت در کمی بیش از یک یا یک دهه و نیم رخ داده است.”
تحقیق برای تکمیل پازل ژنوم مرجع
این داستانی است که برای یکی از بنیانگذاران کلیسای Colossal به خوبی شناخته شده است. پروفسور دانشکده پزشکی هاروارد و یکی از بنیانگذاران تقریباً 50 استارت آپ بیوتکنولوژی، برای چندین دهه در خط مقدم تحقیقات ژنتیک بوده است.
به گفته بن لام، مدیر عامل و یکی از بنیانگذاران، یک فیل آسیایی 99.6 درصد از نظر ژنتیکی مشابه ماموت است.
در مورد گونه های در معرض خطر نیز کارهای زیادی باید انجام شود.
Eriona Hysolli، رئیس علوم زیستی در Colossal Biosciences، که در آستین، تگزاس مستقر است، گفت: “ماموت پشمالو گونه ای بسیار نمادین است که باید دوباره آن را بازگردانید.” “علاوه بر این، با توجه به اینکه فیل ها در معرض خطر هستند و بسیاری از این کارها مستقیماً به نفع آنهاست، ما آن خط لوله را به عنوان یک پروکسی برای حفاظت می بینیم.”
ده هزار سال پس از ناپدید شدن آخرین ماموت های پشمالو با آخرین عصر یخبندان، تیمی از زیست شناسان محاسباتی در ماموریتی هستند که آنها را ظرف پنج سال بازگردانند.
هیسولی گفت: «این کار نه تنها به تلاشهای کولوسال برای انقراض و حفاظت از آن سود میرساند، بلکه این فناوریهایی که ما میسازیم را میتوان برای بهبود سلامت انسان و درمان بیماریها به کار برد.»
«آیا میتوانیم اهدافی را که واقعاً باید دنبال کنیم و ویرایش و مهندسی کنیم، شناسایی کنیم؟ پاسخ کاملاً مثبت است، و ما در انتخاب تفاوت های ژنتیکی تأثیرگذار بسیار خوب عمل کرده ایم.
همچنین کشف شده است که فیلها در برابر سرطان مقاومتر هستند – بنابراین محققان به دنبال عوامل ژنتیکی و چگونگی ترجمه آن برای انسان هستند.
برای اولین بار توالی یابی ژنوم انسان، طی دو دهه تلاش بسیار زیادی انجام شد، بدون ذکر بودجه 3 میلیارد دلاری. اما اکنون به لطف تاثیر تحول آفرین هوش مصنوعی و محاسبات تسریع شده، این مقدار به ساعت ها و زیر 200 دلار برای هر ژنوم کامل کاهش یافته است.
هدف Colossal ایجاد ژنوم مرجع برای گونه هایی مانند ماموت است که نمونه های وسیعی از جمعیت را نشان می دهد. آنها به ماموت ها از مناطق مختلف کره زمین و دوره های زمانی مختلف نگاه می کنند. به گفته محققان این شرکت، تجزیه تنوع زیستی و انجام توالی یابی بیشتر ضروری است.
پلتفرم Form Bio میزبان ابزارهایی است که میتوانند ارزیابی کنند که آیا محققین ویرایشهای CRISPR درستی انجام میدهند یا خیر و به تجزیه و تحلیل برای ویرایش سلولها کمک میکنند.
