新的AI方法研究多種基因調控機制

中文大學(CUHK)計算機科學與工程系(CSE)的研究團隊開發了新的基因表達嵌入框架(GEEK)，該技術將人工智能技術用于機器學習和自然語言處理中，以進行研究基因表達的調節。與以前的研究一次只關注一種或幾種監管機制相比，該新框架可以同時研究多種機制的共同作用。描述這項新研究的研究文章已發表在著名的國際科學雜志《自然機器智能》上。該框架可以幫助研究癌癥的原因和治療方法。

每個人體都包含數十萬億個細胞。盡管它們大多共享相同的DNA序列，但它們的基因活性卻可以明顯不同。這種活動稱為“基因表達”，受許多調節機制的影響，例如轉錄因子結合和蛋白質相互作用。2017年，中文大學中學會考的葉凱文教授及其研究團隊研究了涉及調控元素的一種機制，稱為增強子。他們研究了增強子與基因表達之間的關系，并將結果應用于發現可能與肝癌相關的三個基因。該研究和其他類似研究僅考慮了單個基因調控機制，因此無法完全理解不同機制之間的復雜相互作用。

葉教授用一個比喻來解釋基因調控機制之間的復雜關系。他說：“如果您無法使用遙控器打開電子設備，則似乎控制器有問題，但問題還可能在于接收器或兩者之間的兼容性問題。如果我們有工具，可以同時分析不同的組件，因此更容易找出問題的根本原因。”

葉教授的團隊提出的GEEK框架利用了機器學習和自然語言處理方法，將基因視為“單詞”，以捕獲它們在“句子”中的關系。在已發表的研究中，GEEK用于研究多種多樣的基因調控機制，包括三維基因組結構中的接觸，蛋白質相互作用，基因組鄰域和廣泛的染色質可及性域。結果表明，一起建模這些機制比單獨考慮時，能更好地解釋基因表達。

癌癥是由導致異常細胞增殖的突變引起的。葉教授說：“ GEEK代表了一種研究基因在不同類型的細胞(包括癌細胞)中表達的新穎方法。” “我們將與醫學專家密切合作，嘗試使用GEEK解釋肝癌的某些原因。從長遠來看，我們希望將我們的研究擴展到其他癌癥類型，并為開發新的預防和治療方法做出貢獻。”

在癌癥治療中，免疫療法由于在某些類型的癌癥中具有更高的功效而受到了廣泛的關注。然而，治療結果因患者而異。葉教授希望將來可以使用人工智能來預測患者對免疫療法的反應，從而提高治療精度并減輕患者負擔。