网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

DeepMind发布新一代DNA模型:基因变异会影响哪种细胞?AI正在给出答案

0
分享至



2025 年,谷歌旗下人工智能公司 Google DeepMind 发布了 AlphaGenome。这个模型可以读取长达 100 万个碱基对的 DNA 序列,预测其中的细微变化可能如何影响基因活动,帮助科学家寻找与疾病有关的遗传线索。

一年多后,DeepMind 又推出 AlphaGenome Atlas,用 AlphaGenome 预先计算了人类基因组中约 90 亿种可能的单字母变异的影响,并将这些预测结果整理成图谱,供研究者直接查询。

现在,DeepMind 想让模型回答一个更具体的问题:同一个 DNA 变异,究竟会在哪种细胞中发挥作用?

当地时间 11 月 11 日,DeepMind 发布新一代 DNA 序列模型 AlphaGenome 2。与上一代相比,新模型引入了大量单细胞数据,能够更细致地预测遗传变异在不同细胞类型和细胞状态下的影响。

在一项针对免疫细胞的测试中,AlphaGenome 2 识别出的相关因果变异比例为 30%,接近经过单细胞数据微调的第一代模型的两倍。研究人员还用新模型回顾性分析了一项炎症性肠病研究,预测出了与既有实验结果相符的变异、基因和细胞类型。

这一方向,DeepMind 团队此前已经有所提及。在介绍第一代 AlphaGenome 的团队访谈中,基因组学项目负责人 Žiga Avsec 曾表示,他期待利用单细胞图谱,将模型的研究范围从组织层面推进到组织内的具体细胞类型,从而更深入地研究与特定细胞异常相关的疾病。

同一段 DNA,在不同细胞中发挥什么作用?

人体的大多数细胞都携带着同一套 DNA,但心脏细胞、神经细胞和免疫细胞承担的工作却截然不同。原因之一在于,它们会根据各自的需要,开启或关闭不同的基因。

因此,DNA 中的一个微小变化也可能产生不同后果:它或许会影响某一种免疫细胞中的基因活动,在其他细胞中却没有明显作用。对于寻找疾病原因的科学家来说,知道变异出现在哪段 DNA 上只是开始,还要进一步找到它可能发挥作用的细胞。

在 DeepMind 发布的宣传视频中,研究工程师 Anne Mottram 将观察整个组织时得到的结果比作一幅“模糊的画面”。一个组织包含多种细胞,如果将它们混合起来测量,得到的主要是平均信号,一些只发生在特定细胞中的变化可能就此被掩盖。

第一代 AlphaGenome 已经能够预测多种组织和细胞系中的分子活动,训练和预测范围也涉及不同细胞类型。不过,按照 DeepMind 的说法,模型需要同时处理大量预测任务,较难捕捉相近细胞类型之间的细微差异。


(来源:Google DeepMind)

为了改进这一点,研究团队调整了 AlphaGenome 2 的设计。现在,除了输入 DNA 序列,研究者还可以指定希望分析的组织、细胞类型或细胞状态,让模型结合这一条件进行预测。

DeepMind 研究科学家 Adam Gayoso 在视频中举了一个例子:心脏包含多种承担不同任务的细胞,AlphaGenome 2 可以聚焦于其中一种,比如参与调节心跳节律的起搏细胞,预测 DNA 变异在这种细胞中的影响。

为了让模型认识更多细胞,研究团队使用了来自人类和小鼠的组织及单细胞数据,其中包括超过 1.07 亿个细胞的单细胞图谱数据,覆盖 68 种组织。

基于这些数据,AlphaGenome 2 尝试学习不同细胞之间的调控差异,再预测 DNA 变化可能带来的影响。模型给出的结果不仅包括基因表达,还包括染色质开放性、组蛋白修饰等与基因调控有关的分子特征。与上一代相比,它还新增了对 DNA 甲基化的预测。DNA 甲基化是一种与基因活动调节有关的化学修饰。



为了检验模型的能力,研究人员使用包含 28 种原代免疫细胞的 TenK10K 单细胞数据集,考察模型能否识别影响基因表达的遗传变异。原代细胞直接取自生物体,与长期在实验室培养的细胞系有所不同。

结果显示,AlphaGenome 2 识别出了约 30% 的相关因果变异,而经过单细胞数据微调的第一代 AlphaGenome 识别出的比例为 16%。对于变异会让基因表达增强还是减弱,两个模型的识别比例分别为 43% 和 23%。

除了分析模型已经认识的细胞类型,研究者还可以输入自己的单细胞基因表达数据,让 AlphaGenome 2 针对此前没有见过的细胞状态进行预测,而不必重新训练模型。

DeepMind 用一项新冠 mRNA 疫苗研究中的数据展示了这一能力。研究人员向模型提供 T 细胞的基因活动信息,让它区分处于静息状态和被疫苗激活的细胞。模型预测,一个与新冠重症相关的遗传变异,在激活状态下对基因活动的影响更强;如果只观察静息状态的细胞,这种差异可能被忽略。

人类细胞图谱计划联合创始人、剑桥大学教授 Sarah Teichmann 表示,AlphaGenome 2 令人期待的一点,是它能够适应新的单细胞数据,即使只有少量细胞样本,也可以尝试预测新细胞状态下的变异影响。

从疾病相关变异,找到受影响的细胞

2024 年,英国弗朗西斯·克里克研究所的免疫学和遗传学研究者 James Lee 与同事发现了一条与炎症性肠病有关的遗传线索。

他们关注的 DNA 区域位于一片远离蛋白质编码基因的“基因荒漠”(gene desert)中。这里虽然没有编码蛋白质的基因,却存在影响其他基因活动的调控序列。对于研究者而言,难题是弄清楚:这片区域中的哪个变异与疾病有关,它又会影响哪个基因?

经过一系列实验,Lee 的团队发现,其中一个与疾病风险相关的变异会增强调控序列的活性,让肠道巨噬细胞中的 ETS2 基因过度活跃。巨噬细胞是免疫系统的一部分,参与识别病原体和调节炎症反应。

Mottram 在 DeepMind 的视频中用“警报”来解释这种变化:当免疫系统检测到威胁时,它会发出警报;而在炎症性肠病等疾病中,相关遗传变异可能让这一警报信号被过度放大。

在 AlphaGenome 2 的研究中,DeepMind 团队选择这一已有发现作为案例,让模型分析候选变异在不同免疫细胞中的影响。结果显示,模型找到了与原有实验结果相符的关键变异,并预测它主要在肠道巨噬细胞中增强 ETS2 的活动,对其他细胞类型和基因的影响则相对较小。


(来源:Google DeepMind)

据 Nature 报道,Lee 对这一结果印象深刻。他表示,DeepMind 团队大约用了 30 分钟,就得出了与他们部分研究发现相符的结果;而他的团队此前花费一年半开展实验,才逐步揭示出相关机制。

不过,这两个时间数字对应的工作并不完全相同。Lee 的团队从人群遗传学线索出发,使用基因编辑等方法寻找并验证机制;DeepMind 则是在已有研究基础上进行回顾性分析,检验模型能否给出相符的预测。

Lee 还向 Nature 谈到了第一代 AlphaGenome 对自己研究的局限。对于研究疾病相关变异的科学家来说,知道变异可能作用于哪一种细胞非常重要,而这正是此前模型较难提供的细节。

除了炎症性肠病案例,DeepMind 还针对与不同性状相关的遗传变异,预先计算了它们在数百种人类细胞和组织条件下的预测结果。这些结果可以帮助研究者从大量候选变异中,筛选出值得进一步研究的变异、基因和细胞。

目前,AlphaGenome 2 已通过 AlphaGenome API 向非商业研究开放,商业研究则处于私有预览阶段。Mottram 在视频中提到,新模型还可以与 AlphaGenome Atlas、蛋白质结构预测工具 AlphaFold 等结合使用,帮助科学家从不同角度研究疾病。

不过,模型给出的仍然是需要检验的预测。它能够帮助研究者缩小寻找范围,但一个变异是否真正影响疾病、通过什么机制发挥作用,仍需要进一步实验验证。DeepMind 也表示,AlphaGenome 2 目前仅供研究使用,尚未经过临床或诊断用途的验证和批准。

对于正在研究疾病遗传机制的科学家来说,AlphaGenome 2 提供了一个新的工具:当他们在 DNA 中发现可疑变异后,可以进一步预测它可能影响哪一个基因、作用于哪一种细胞,再决定下一步实验该从哪里入手。

参考链接:

1.https://deepmind.google/blog/alphagenome-2-deciphering-how-cells-read-dna-to-better-understand-disease/

2.https://www.nature.com/articles/d41586-026-03673-0

3.https://video.twimg.com/amplify_video/2120531931515219969/vid/avc1/1080x1350/k9T7cuz2PyU92s7f.mp4

4.https://storage.googleapis.com/deepmind-media/DeepMind.com/Blog/alphagenome-2-deciphering-how-cells-read-dna-to-better-understand-disease/alphagenome-2.pdf

注:封面/首图由 AI 辅助生成

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
2026出圈男演员榜:张凌赫第4,肖战第2,压过他们的第1没人不服

2026出圈男演员榜:张凌赫第4,肖战第2,压过他们的第1没人不服

喜欢历史的阿繁
2026-11-11 09:56:23
抗美援朝最难启齿的一幕:17岁女卫生员为救战友突破生理底线,事后绝口不提,44年后秦基伟的回忆才揭开真相

抗美援朝最难启齿的一幕:17岁女卫生员为救战友突破生理底线,事后绝口不提,44年后秦基伟的回忆才揭开真相

磊子讲史
2026-11-11 16:38:00
拉夫罗夫曾言:莫斯科将把所有历史上的俄罗斯土地归还其合法家园

拉夫罗夫曾言:莫斯科将把所有历史上的俄罗斯土地归还其合法家园

影孖看世界
2026-10-13 23:32:38
火箭队替补真稳!4人出战,全场0失误+33分,斯通重组二阵成功

火箭队替补真稳!4人出战,全场0失误+33分,斯通重组二阵成功

熊哥爱篮球
2026-11-12 00:33:09
黄仁勋出轨对象黄乐年轻时的照片曝光

黄仁勋出轨对象黄乐年轻时的照片曝光

老郭在学习
2026-11-10 11:23:29
第一批独生子女的扎心现实:父母去世后,成了举目无亲的“孤儿”

第一批独生子女的扎心现实:父母去世后,成了举目无亲的“孤儿”

千秋文化
2026-02-01 20:31:47
一个国家能蠢到什么程度?看看法国就明白了:法国黑人接近800万,巴黎新生儿里70%是黑人

一个国家能蠢到什么程度?看看法国就明白了:法国黑人接近800万,巴黎新生儿里70%是黑人

怪味历史连连看
2026-09-08 01:55:32
开拓者123-103大胜雷霆!感谢利拉德:杨瀚森出战5分钟,西部第三易主

开拓者123-103大胜雷霆!感谢利拉德:杨瀚森出战5分钟,西部第三易主

篮球大视野
2026-11-11 14:48:57
美国彻夜难眠!最怕的不是导弹航母,是中国默默扔掉的12张王牌

美国彻夜难眠!最怕的不是导弹航母,是中国默默扔掉的12张王牌

蜉蝣说
2026-11-08 15:19:11
李干杰发表署名文章

李干杰发表署名文章

政知新媒体
2026-11-11 07:10:06
丧葬费调整后,公务员、事业编、企业职工病故,家属能领多少钱?

丧葬费调整后,公务员、事业编、企业职工病故,家属能领多少钱?

乐享人生风雨
2026-11-11 18:23:21
中纪委雷霆出手,全国严查“逃逸式”辞职!

中纪委雷霆出手,全国严查“逃逸式”辞职!

细说职场
2026-11-12 13:34:24
突发!黄仁勋或被罢免,英伟达盘后暴跌!

突发!黄仁勋或被罢免,英伟达盘后暴跌!

中国基金报
2026-11-12 08:14:40
霍家请柬上,娜然不是“新娘”是“长女”,霍启山这场婚事不简单

霍家请柬上,娜然不是“新娘”是“长女”,霍启山这场婚事不简单

胡一舸南游y
2026-11-12 13:24:12
美国以为关掉星链信号就能锁死乌军,没想到乌军三天时间,就精准炸掉俄罗斯6座顶级炼油厂!

美国以为关掉星链信号就能锁死乌军,没想到乌军三天时间,就精准炸掉俄罗斯6座顶级炼油厂!

古古聊军事
2026-11-10 19:42:36
高市来华参会,日本有个特殊安排?

高市来华参会,日本有个特殊安排?

戎评
2026-11-12 14:18:34
中纪委彻底动真格!严查 4 大教育乱象,家长这下可以放心了

中纪委彻底动真格!严查 4 大教育乱象,家长这下可以放心了

职场资深秘书
2026-11-12 12:15:57
美国提出用顿巴斯换安全保障,泽连斯基追问:俄罗斯再打怎么办?

美国提出用顿巴斯换安全保障,泽连斯基追问:俄罗斯再打怎么办?

桂系007
2026-11-10 23:54:21
没想到卸任院长的王宏伟,事业焕发第二春,44岁生的女儿成他骄傲

没想到卸任院长的王宏伟,事业焕发第二春,44岁生的女儿成他骄傲

莫地方
2026-11-12 12:59:58
养老金若不再大幅上调,真正承压的,可能不是已经退休的老人

养老金若不再大幅上调,真正承压的,可能不是已经退休的老人

你在偷看谁
2026-10-31 19:07:37
2026-11-12 14:55:00
DeepTech深科技 incentive-icons
DeepTech深科技
麻省理工科技评论独家合作
17480文章数 515346关注度
往期回顾 全部

科技要闻

黄仁勋承认出轨:伤害了妻儿,毫无借口

头条要闻

国家级射击教练涉走私武器 家属:配件组成不了一支枪

头条要闻

国家级射击教练涉走私武器 家属:配件组成不了一支枪

体育要闻

西部狂飙!湖刺勇集体暴走 连胜到何时?

娱乐要闻

黄仁勋与黄乐合照曝光,吃饭氛围暧昧

财经要闻

72岁王健林重回“一号位”

汽车要闻

限时权益价8.88万 吉利星愿STAR限定系列发布

态度原创

亲子
时尚
数码
本地
房产

亲子要闻

幼儿园3年减少5.73万所

蓝色+灰色、绿色+棕色,今年穿4组配色好看又减龄!

数码要闻

STEPX Neo体验:当手机开始理解意图,AI交互有了新玩法

本地新闻

乌兰察布:以前种土豆,现在种Token

房产要闻

4.1亿起拍!停了7年,亚龙湾终于要卖地了!

无障碍浏览 进入关怀版