Ученые впервые расшифровали геном вируса с помощью квантового компьютера

Ольга Покотило

Источник: УНИАН

Исследователи перенесли целый вирусный геном. Ученые заявляют, что впервые им удалось загрузить реальный геном на квантовый компьютер – важный шаг в попытке применить эту перспективную технологию в биологии.

Главные тезисы

Геном — это по своей природе длинная последовательность генетических букв.
Команда из Института Wellcome Sanger превратила геном HDV в форму, пригодную для использования квантовыми алгоритмами, позволяющими анализировать генетические данные иначе, чем во время классических вычислений.

Квантовый компьютер впервые расшифровал геном вируса

Исследователи закодировали полный геном вируса гепатита D (HDV) в систему на основе квантового процессора IBM Heron со 156 кубитами, пишет Descopera. Эксперимент проходил в рамках международного конкурса Quantum for Bio (Q4Bio) — программы, созданной для ускорения применения квантовых вычислений в сфере здравоохранения.

Геном — это по своей природе длинная последовательность генетических букв (A, C, G и T/U), тогда как квантовый компьютер работает на основе квантовых состояний, представленных кубитами. Именно поэтому генетическую информацию нельзя просто "скопировать" — ее необходимо превратить в формат, совместимый с квантовой обработкой.

Команда из Института Wellcome Sanger превратила геном HDV в форму, пригодную для использования квантовыми алгоритмами, позволяющими анализировать генетические данные иначе, чем во время классических вычислений.

По словам исследователей, такой подход может оказаться особенно полезным для сложных геномов, где традиционные методы, включая искусственный интеллект, сталкиваются с ограничениями.

Когда мы работаем с пангеномами, информация напоминает сложный лабиринт, и мы разрабатываем квантовые алгоритмы, способные эффективнее находить оптимальные пути там, где застревают классические компьютеры, — объяснил руководитель команды Сергей Стрелчук из Оксфордского университета.

В рамках этого же проекта исследователи продемонстрировали несколько геномных функций на реальном квантовом оборудовании, в частности кодирование последовательностей ДНК, выравнивание генетических фрагментов, сборку пангеномов и построение филогенетических деревьев для анализа эволюционных связей.

Геном вируса HDV был выбран потому, что он невелик, но имеет медицинское значение. Он содержит около 1700 нуклеотидов кольцевой РНК и вызывает тяжелые инфекции печени, передаваемые через кровь или инфицированные жидкости.

При этом его сложная структура делает его подходящим объектом для опробования квантовых технологий.

Исследователи считают, что пангеномы — базы данных, содержащие генетические вариации множества индивидуумов, могут стать сферой, где квантовые вычисления имеют наибольший потенциал, поскольку их сложность быстро растет с добавлением новых данных.

В долгосрочной перспективе подобные технологии могут помочь в более оперативном мониторинге инфекционных заболеваний, выявлении генетических мутаций и понимании редких заболеваний.

Однако специалисты признают, что до практического применения еще несколько лет, а нынешняя цель — разработка платформ, позволяющих исследователям использовать как классические, так и квантовые вычисления для решения сложных биологических задач.