რატომ ვერ უმკლავდება ხელოვნური ინტელექტი ადამიანის რთულ გენომს

გენიდან ცილის შექმნა ორსაფეხურიანი პროცესია. თავდაპირველად ფერმენტი პოლიმერაზა დნმ-ს ასო-ასო კითხულობს და კოდის ასლს საინფორმაციო რნმ-ში ქმნის. ამას ტრანსკრიფცია ეწოდება. შემდეგ რიბოსომა საინფორმაციო რნმ-ს კითხულობს და ცილას აგებს. ამ პროცესს ტრანსლაცია ეწოდება. რიბოსომის მიერ შექმნილი ცილები ორგანიზმის წარმოქმნასა და შენარჩუნებაში მონაწილეობს.

ეს სურათი მეტ-ნაკლებად სწორია. თუმცა ადელმანმა აღნიშნა: „გენები, ალბათ, გენომის ყველაზე საინტერესო ნაწილი არაა“.

უფრო მნიშვნელოვანია, როგორ ირთვება და ითიშება გენები, რომელთაგან ბევრს მარტივ ორგანიზმებთან ვიზიარებთ. უჯრედისთვის საჭირო ცილები დროთა განმავლობაში და უჯრედის ტიპის მიხედვით იცვლება. ეს კუნთის, ტვინისა და კანის უჯრედებსაც ეხება. შესაბამისი გენების რეგულირება გენომის იმ ნაწილზეცაა დამოკიდებული, რომელიც ცილებს არ აკოდირებს.

ბიოლოგებმა გენების რეგულირებისა და არაკოდირებული დნმ-ის მონაწილეობის შესახებ 1960-იანი წლებიდან იციან. მრავალი წლის განმავლობაში მათი ცოდნა ძირითადად ბაქტერიების მსგავს მარტივ ორგანიზმებზე ჩატარებულ კვლევებს ემყარებოდა. იქ პრინციპები, როგორც წესი, მარტივია. თანდათან გაირკვა, რომ ადამიანის მსგავს რთულ ეუკარიოტულ ორგანიზმებში რეგულირება გაცილებით ჩახლართულია. მასში ზედამხედველობისა და კონტროლის რამდენიმე ურთიერთგადამფარავი სისტემა მონაწილეობს.

ტრანსკრიფციას ცილები, ტრანსკრიფციის ფაქტორები იწყებს. ისინი გენების რეგულირების პროცესში ოპერაციული მმართველების მსგავსად მოქმედებს. ეს ცილები დნმ-ის მონაკვეთებს, ჩვეულებრივ, სამიზნე გენთან ახლოს უკავშირდება. შემდეგ ისინი პოლიმერაზას საინფორმაციო რნმ-ის ასლის შესაქმნელად იზიდავს. ბაქტერიებში ტრანსკრიფციის ფაქტორები გასაღებებს ჰგავს, რომლებიც დნმ-ზე უნიკალურ ადგილებს ერგება. რთულ ორგანიზმებში მათი მოქმედების ლოგიკა უფრო ძნელი გასაშიფრია.

ადამიანის ტრანსკრიფციის ფაქტორები დნმ-ზე კონკრეტული დამაკავშირებელი ადგილებისადმი ძლიერ უპირატესობას არ ავლენს. ისინი ხშირად წყვილებად ან ჯგუფებად მოქმედებს. ერთსა და იმავე ფაქტორს სხვადასხვა გარემოში განსხვავებული შედეგი შეიძლება ჰქონდეს. მაგალითად, მას შეუძლია ერთ უჯრედში ტრანსკრიფცია გაააქტიუროს, მეორეში კი დათრგუნოს. შედეგი სხვა ტრანსკრიფციის ფაქტორების არსებობაზეა დამოკიდებული.

ადელმანის თქმით, ბაქტერიების რეგულირებას ხშირად „ან“ ლოგიკა აქვს: კონკრეტული სიგნალი გენს რთავს ან თიშავს. ადამიანის გენომის ლოგიკა უფრო ჰგავს კომპიუტერულ მეცნიერებაში გამოყენებულ „და“-ს. მარეგულირებელი გადაწყვეტილებისთვის მრავალი სიგნალი ერთიანდება. ამიტომ სისტემა გარემოებების მცირე განსხვავებებზეც რეაგირებს და მხოლოდ ჩართვა-გამორთვით არ შემოიფარგლება. ადელმანმა თქვა: „ეს ჩვენი მარეგულირებელი სირთულის სილამაზის ნაწილია“.

გენომთან ურთიერთქმედებისას ტრანსკრიფციის ფაქტორები დნმ-ის მონაკვეთებს, ენჰანსერებს უკავშირდება, რომლებიც ცალკე თავსატეხს ქმნის.

ენჰანსერები ტრანსკრიფციის ფაქტორების შეკრების ადგილებია და ტრანსკრიფციაზე გადამწყვეტ გავლენას ახდენს. ისინი მომლოდინე პოლიმერაზას დნმ-ის თანმიმდევრობის საინფორმაციო რნმ-ის ვერსიის შექმნის სიგნალს აძლევს. თუმცა ენჰანსერების შესაბამის გენებთან დაკავშირება მარტივი არაა. ადამიანის გენომში ასობით ათასი, შესაძლოა მილიონობით ენჰანსერია, რაც გენების რაოდენობას ბევრად აღემატება. თითოეულ გენზე მრავალმა ენჰანსერმა შეიძლება იმოქმედოს, თითოეულმა ენჰანსერმა კი რამდენიმე გენი მართოს.

ედინბურგის უნივერსიტეტის გენომის ბიოლოგმა ვენდი ბიკმორმა თქვა: „სამარცხვინოა, რომ პროექტის „ადამიანის გენომი“ დასრულებიდან 25 წლის შემდეგაც არ ვიცით, სადაა ყველა ენჰანსერი. მით უმეტეს, არ ვიცით, რას აკეთებენ ისინი და რომელ გენებს მართავენ“.

ბიოლოგებმა იციან, რომ ენჰანსერების უმრავლესობა ერთ ტრანსკრიფციის ფაქტორზე არ რეაგირებს. ბიკმორის თქმით, მათ გასააქტიურებლად „კოქტეილია“ საჭირო. მან განმარტა: „სწორედ ეს ანიჭებს ენჰანსერს განსაკუთრებულ სპეციფიკურობას. მხოლოდ კონკრეტულ უჯრედში, კონკრეტულ დროს არსებობს ფაქტორების სწორი კომბინაცია, რომელიც მას დაუკავშირდება და გაააქტიურებს“.

ზოგი ენჰანსერი მის მიერ რეგულირებულ გენთან ახლოსაა ან თავად გენის შიგნით მდებარეობს. სხვები შეიძლება მილიონობით ნუკლეოტიდით იყოს დაშორებული და მათ შორის სხვა გენებიც მდებარეობდეს.

ბიკმორმა ასეთი „დისტალური“ ენჰანსერების არსებობას „სიგიჟე“ უწოდა. მან იკითხა: „როგორ გადააქვს სისტემას ინფორმაცია იქიდან აქამდე, იმ გენთან, რომელიც უნდა გააქტიურდეს? ეს კითხვა უმეტესად უპასუხოდაა დარჩენილი“.

ერთ-ერთი პასუხი მარყუჟია.

დისტალური ენჰანსერები რეგულირებულ გენებთან დნმ-ის, უფრო ზუსტად კი ქრომატინის, დიდი მარყუჟებით გადაადგილდება. ქრომატინი დნმ-ისა და მისი შემფუთავი ცილების ერთობლიობაა. მას ცილოვანი ძრავა, კოჰეზინი შლის და მარყუჟებად აყალიბებს. კოჰეზინი დნმ-ის ძაფის გასწვრივ მოძრაობს და საჭირო მონაკვეთებს გამოყოფს.

კოჰეზინის მიერ მარყუჟის შექმნის შემდეგ კომპონენტები ერთმანეთს არ ეწებება და მოლეკულურ მანქანად არ ერთიანდება, როგორც ადრე ეგონათ. ისინი ფხვიერ, მაგრამ მკვრივ გროვას ქმნის. იქ კომპონენტები სუსტად, ხანმოკლედ და განურჩევლად ურთიერთქმედებს. ამ ერთობლიობას ზოგჯერ კონდენსატს უწოდებენ.

ეს ტრანსკრიფციული კერები უკიდურესად ცვალებადია და უჯრედებს შორის განსხვავდება. ბიკმორმა თქვა: „ერთ უჯრედში მარყუჟის გამოყოფა აქ მიმდინარეობს, მომდევნოში კი შეიძლება სხვაგან მიმდინარეობდეს. მთელი სისტემა წარმოუდგენლად სწრაფად იცვლება“. თეორიულად იდენტურ, მაგალითად კანის ორ უჯრედშიც კი, გენების მარეგულირებელი მექანიზმი ერთსა და იმავე მომენტში ზუსტად ერთნაირად არასდროს მოქმედებს.

ქრომატინის მარყუჟები მხოლოდ ერთი მიზეზია, რის გამოც გენის ტრანსკრიფცია მის გარშემო ქრომატინის ფორმასა და სტრუქტურაზეა დამოკიდებული.

სახელმძღვანელოებში ქრომოსომა, ადამიანის გენომის 46 ერთეულიდან ერთ-ერთი, კომპაქტურ X-ის ფორმის ქრომატინის გროვადაა გამოსახული. როცა უჯრედი აქტიურად არ იყოფა, ქრომატინი იხსნება და აბურდულ მასას ემსგავსება. თუმცა ამ ქაოსში წესრიგია. ქრომატინის ზოგი ნაწილი მჭიდროდაა შეფუთული და ჰეტეროქრომატინს ქმნის. იქ დნმ ტრანსკრიფციის ფაქტორებისთვის შედარებით მიუწვდომელია და გენები, ჩვეულებრივ, გათიშულია. სხვა ნაწილები შედარებით ფხვიერი, ღია და ხელმისაწვდომია. მათ ეუქრომატინი ეწოდება.

ქრომატინის შეფუთვასა და ხელახლა შეფუთვაში სპეციალური ფერმენტები მონაწილეობს, რომლებიც ტრანსკრიფციას აკონტროლებს. ამდენად, მნიშვნელოვანია არა მხოლოდ დნმ-ში კოდირებული ინფორმაცია, არამედ სივრცეში მისი ფიზიკური და დინამიკური არსებობაც. ბიკმორმა თქვა: „გენომზე, როგორც დნმ-ის კოდის ხაზოვან მონაკვეთზე, ფიქრი შევწყვიტეთ. უაღრესად დინამიკური სამგანზომილებიანი დაკეცვის რეგულირების განუყოფელ ნაწილად აღქმა ძალიან საინტერესო ცვლილებაა“.

ამ სამგანზომილებიანი ორგანიზაციის ერთი მხარე ქრომატინის მონაკვეთების ტოპოლოგიურად ასოცირებულ დომენებად, ანუ TAD-ებად დაჯგუფებაა. ერთ TAD-ში გენები, როგორც ჩანს, ერთად რეგულირდება და ჯგუფებად ირთვება ან ითიშება. ასეთი ჯგუფები სხვადასხვა ტიპის უჯრედების ჩამოსაყალიბებლად და ასამოქმედებლად გენების ნაკრებებს ერთობლივად ააქტიურებს ან აჩუმებს. TAD-ების შესაქმნელად ქრომატინის გადაადგილებაში კოჰეზინიც მონაწილეობს. ამ დინამიკურ პროცესში უჯრედების ქრომატინი მუდმივად გადაეწყობა.

ქრომატინის ფორმაზე ეპიგენეტიკური ნიშნებიც მოქმედებს. ეს მცირე მოლეკულები დნმ-ის შემფუთავ ცილებს, ჰისტონებს ან უშუალოდ დნმ-ს უკავშირდება. ზოგ ეპიგენეტიკურ ცვლილებას ჰისტონების ელექტრული მუხტის შეცვლა შეუძლია. ამის შედეგად ცილები ერთმანეთს განსხვავებულად იზიდავს ან განიზიდავს და ქრომატინის შეფუთვა იცვლება. ეპიგენეტიკური ცვლილებები დნმ-ის ტექსტზე გაკეთებულ შენიშვნებს ჰგავს, რომლებიც კონკრეტულ გარემოში მის მნიშვნელობას ცვლის. უჯრედის გაყოფისას ეს შენიშვნებიც კოპირდება.

ნიშნების დამატებისა და შეცვლის დრო და წესი, ასევე თითოეული ნიშნის გავლენა გენების აქტივობაზე რთული და მარტივი პასუხის არმქონე საკითხებია. ზოგი მკვლევარი გენების რეგულირების ამ მხარის მმართველ „ეპიგენეტიკურ კოდზე“ საუბრობს. თუმცა გაურკვეველია, ნამდვილად არსებობს თუ არა ასეთი მოწესრიგებული სისტემა.

ყველა ამ და სხვა პროცესმა შეიძლება განსაზღვროს, გადაიწერება თუ არა გენი საინფორმაციო რნმ-ში. თუმცა რეგულირების დამატებითი დონეები წყვეტს, გადაითარგმნება თუ არა საინფორმაციო რნმ შესაბამის ცილად და საბოლოოდ რომელი ცილა წარმოიქმნება.

თემებივენდი ბიკმორიკარენ ადელმანიGoogle DeepMindედინბურგის უნივერსიტეტიპროექტი „ადამიანის გენომი“ჰარვარდის სამედიცინო სკოლაAlphaGenomeEvo 2Genos

გამოქვეყნდა 17 ოქტომბერი, 2026