Vaadeldes kvantarvutust geeniregulatiivsete võrkude dešifreerimisel üherakuliste andmete põhjal – kvanttehnoloogia sees

Uus Looduse kvantteave paber uurib, kuidas kvantarvutus mõjutab geeniregulatsiooni. Geeni reguleerivad võrgud (GRNs) on üliolulised bioloogilistes süsteemides geenide vaheliste regulatiivsete suhete mõistmiseks. Need võrgud aitavad uurida transkriptsiooniregulatsiooni ja regulatiivsete mehhanismide molekulaarset alust, mis on üliolulised geenifunktsioonide mõistmiseks rakutegevuses. Graafikutena kujutatud GRN-id illustreerivad transkriptsioonifaktorite ja nende sihtmärkide vahelisi koostoimeid. Üherakulised tehnoloogiad, eriti üherakuline RNA sekveneerimine (scRNA-seq), on oluliselt edendanud meie võimet uurida bioloogiat enneolematul skaalal ja eraldusvõimel. Need tehnoloogiad mõõdavad geeniekspressiooni tuhandetes rakkudes, pakkudes hulgaliselt andmeid täpsemate GRN-ide konstrueerimiseks. Traditsioonilistel arvutusmeetoditel, mis põhinevad statistilistel lähenemisviisidel, nagu korrelatsioon, regressioon ja Bayesi võrgud, on aga piirangud, eriti kõigi geenide samaaegsete, regulatsioonidevaheliste ühenduste hõivamisel.

Kvantarvutus bioloogias ja GRN-i modelleerimine:

Kvantarvutus, mida tunnustatakse oma potentsiaali poolest erinevates valdkondades, pakub uudset lähenemisviisi GRN-ide modelleerimiseks. Kvantalgoritmid võib potentsiaalselt ületada klassikalisi meetodeid konkreetsetes arvutustes, võimendades superpositsiooni ja takerdumise nähtusi. Kvant-ühe raku GRN (qscGRN) modelleerimismeetodi kasutuselevõtt edendab seda valdkonda oluliselt. See meetod kasutab parameetritega kvantahela raamistikku bioloogiliste GRN-ide järeldamiseks scRNA-seq andmetest. QscGRN mudelis on iga geen esindatud kubitiga. Mudel sisaldab kodeerijakihti, mis teisendab scRNA-seq andmed a superpositsiooni olekja reguleerimiskihid, mis põimuvad kubitid, et simuleerida geeni-geeni interaktsioone. Kaardistades geeniekspressiooni väärtused suurele Hilberti ruumile, kasutab qscGRN mudel tõhusalt üksikute rakkude teavet regulatiivsete suhete kaardistamiseks.

Kvant-GRN-i modelleerimise rakendus ja potentsiaal:

Selles lähenemisviisis kasutatav kvantklassikaline raamistik hõlmab optimeerimistehnikaid, nagu Laplace'i silumine ja gradiendi laskumise algoritmid, et täpsustada mudeli parameetreid. Rakendades tõelistele scRNA-seq andmekogudele, on see meetod näidanud oma võimet modelleerida tõhusalt geeniregulatsiooni suhteid, kusjuures kvantahelast taastunud võrk näitab kooskõla varem avaldatud GRN-idega. Selle mudeli edukas rakendamine inimese lümfoblastoidrakkudele, keskendudes kaasasündinud immuunsuse reguleerimisega seotud geenidele, illustreerib selle potentsiaali. Mudel mitte ainult ei ennustanud geenide vahelisi regulatiivseid interaktsioone, vaid hindas ka nende interaktsioonide tugevust.

Geeniregulatsiooni tulevased tagajärjed ja uurimissuunad:

Kvantarvutite integreerimine bioloogiasse, eriti GRN-i modelleerimisse, näitab lubadust tavapäraste statistiliste meetodite piirangute ületamisel. See meetod pakub sügavamat arusaamist üherakulistest GRN-idest, lähenedes tõhusalt omavahel seotud geenide suhetele. Leiud julgustavad täiendavalt uurima kvantalgoritmide loomist, mis kasutavad üherakulisi andmeid, andes märku uuest piirist kvantarvutamise ja bioloogia ristumiskohas. See läbimurre sillutab teed tulevastele uuringutele ja võib muuta meie lähenemisviisi keerukate bioloogiliste süsteemide mõistmisele molekulaarsel tasandil.

Kenna Hughes-Castleberry on Inside Quantum Technology tegevtoimetaja ja JILA (Colorado Boulderi ülikooli ja NISTi vaheline partnerlus) teaduskommunikaator. Tema kirjutamissageduste hulka kuuluvad süvatehnoloogia, kvantarvutus ja tehisintellekt. Tema tööd on kajastatud ajakirjades Scientific American, Discover Magazine, New Scientist, Ars Technica ja mujal.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/looking-at-quantum-computing-in-deciphering-gene-regulatory-networks-from-single-cell-data/