Pogled na kvantno računalništvo pri dešifriranju genskih regulacijskih omrežij iz podatkov ene celice – znotraj kvantne tehnologije

Novo Naravne kvantne informacije papirja preučuje, kako kvantno računalništvo vpliva na regulacijo genov. Genska regulatorna omrežja (GRNs) so ključnega pomena za razumevanje regulativnih odnosov med geni v bioloških sistemih. Ta omrežja pomagajo preučevati regulacijo transkripcije in molekularne osnove regulativnih mehanizmov, ki so ključni za razumevanje funkcij genov v celičnih aktivnostih. GRN, predstavljeni kot grafi, ponazarjajo interakcije med transkripcijskimi faktorji in njihovimi tarčami. Enocelične tehnologije, zlasti enocelično sekvenciranje RNA (scRNA-seq), so znatno izboljšale našo sposobnost preučevanja biologije v obsegu in ločljivosti brez primere. Te tehnologije merijo izražanje genov v tisočih celicah in zagotavljajo ogromno podatkov za izdelavo natančnejših GRN. Vendar pa imajo tradicionalne računalniške metode, ki temeljijo na statističnih pristopih, kot so korelacija, regresija in Bayesova omrežja, omejitve, zlasti pri zajemanju sočasnih medregulacijskih povezav med vsemi geni.

Kvantno računalništvo v biologiji in modeliranje GRN:

Kvantno računalništvo, ki je znano po svojem potencialu na različnih področjih, ponuja nov pristop k modeliranju GRN. Kvantni algoritmi lahko potencialno prekaša klasične metode v specifičnih izračunih z izkoriščanjem pojavov superpozicije in zapletanja. Uvedba metode modeliranja kvantne enocelične GRN (qscGRN) bistveno napreduje na tem področju. Ta metoda uporablja parametrizirano ogrodje kvantnega vezja za sklepanje o bioloških GRN iz podatkov scRNA-seq. V modelu qscGRN je vsak gen predstavljen s kubitom. Model obsega plast kodirnika, ki prevaja podatke scRNA-seq v a stanje superpozicijein regulacijske plasti, ki zapletajo kubite za simulacijo interakcij med genoma. S preslikavo vrednosti genske ekspresije na velik Hilbertov prostor model qscGRN učinkovito uporablja informacije iz posameznih celic za preslikavo regulativnih odnosov.

Uporaba in potencial kvantnega modeliranja GRN:

Kvantno-klasični okvir, uporabljen v tem pristopu, vključuje optimizacijske tehnike, kot sta Laplaceovo glajenje in algoritmi gradientnega spuščanja za natančno nastavitev parametrov modela. Z uporabo na resničnih naborih podatkov scRNA-seq je ta metoda pokazala svojo sposobnost učinkovitega modeliranja regulacijskih odnosov genov, pri čemer je omrežje, obnovljeno iz kvantnega vezja, pokazalo skladnost s predhodno objavljenimi GRN. Uspešna uporaba tega modela na človeških limfoblastoidnih celicah, ki se osredotoča na gene, ki sodelujejo pri regulaciji prirojene imunosti, ponazarja njegov potencial. Model ni le napovedal regulativnih interakcij med geni, ampak je ocenil tudi moč teh interakcij.

Prihodnje posledice in usmeritve raziskav za regulacijo genov:

Vključevanje kvantnega računalništva v biologijo, zlasti v modeliranje GRN, kaže obljubo pri preseganju omejitev običajnih statističnih metod. Ta metoda ponuja globlje razumevanje enoceličnih GRN z učinkovitim približevanjem odnosom medsebojno povezanih genov. Ugotovitve spodbujajo nadaljnje raziskovanje ustvarjanja kvantnih algoritmov, ki uporabljajo enocelične podatke, kar nakazuje novo mejo na presečišču kvantnega računalništva in biologije. Ta preboj utira pot prihodnjim raziskavam in bi lahko spremenil naš pristop k razumevanju kompleksnih bioloških sistemov na molekularni ravni.

Kenna Hughes-Castleberry je glavna urednica pri Inside Quantum Technology in znanstveni komunikator pri JILA (partnerstvo med Univerzo Colorado Boulder in NIST). Njeni pisateljski utripi vključujejo globoko tehnologijo, kvantno računalništvo in umetno inteligenco. Njeno delo je bilo predstavljeno v revijah Scientific American, Discover Magazine, New Scientist, Ars Technica itd.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/looking-at-quantum-computing-in-deciphering-gene-regulatory-networks-from-single-cell-data/