Un grup internațional de cercetători a realizat pentru prima dată încărcarea unui genom complet pe un computer cuantic. Este vorba despre genomul virusului hepatitei D, o realizare considerată un pas inițial important în aplicarea tehnologiei cuantice în biologie și medicină.
Ce presupune procesul de încărcare a unui genom într-un computer cuantic
Procesul implică convertirea informației genetice într-un format pe care un calculator cuantic îl poate procesa. Secvența ADN-ului, formată din literele chimice A, C, G și T, trebuie codificată folosind algoritmi special concepuți pentru qubiți. Aceștia pot exista în stări multiple în același timp, spre deosebire de biții clasici, care sunt fie 0, fie 1.
Rezultatul nu reprezintă o rulare a unei analize complete, ci demonstrarea faptului că datele genetice pot fi reprezentate și manipulate pe un sistem cuantic. Este doar un început, nu o tehnologie gata de utilizare în medicină.
Participanți și echipamente
Proiectul a fost susținut de cercetători de la Wellcome Sanger Institute, Universitatea Oxford, Universitatea Cambridge, Universitatea Melbourne și Kyiv Academic University. Genomul viral a fost încărcat pe un computer cuantic IBM dotat cu procesorul Heron, care are 156 de qubiți.
De ce este dificilă analiza genomurilor
Genomica modernă produce volume uriașe de date, un genom uman conținând aproximativ trei miliarde de perechi de baze. În plus, analiza pangenomurilor, care reunește secvențe genetice de la mai mulți indivizi, complică și mai mult procesul, deoarece crește rapid volumul de informații.
Crearea de pangenomuri permite observații asupra diversității genetice, diferențele între populații și mutațiile rare. Complexitatea acestor rețele de date face dificilă identificarea rapidă a soluțiilor cu ajutorul calculatoarelor clasice.
Potentialul pentru boli rare și răspândirea epidemiilor
Cercetătorii speră ca tehnologia cuantică să contribuie la accelerarea analizelor genetice în cercetarea biologică și medicală. Într-un scenariu ideal, datele genetice pot fi încărcate și analizate cu programe hibride, care combină metodele clasice și cuantice.
Aplicarea practică ar putea duce la detectarea mai rapidă a agenților patogeni în timpul epidemiei și la identificarea mutațiilor responsabile pentru boli rare. În oncologie, compararea detaliată a genomurilor poate ajuta la înțelegerea evoluției anumitor tipuri de cancer.
Barierile și pașii următori
Dimensiunea redusă a genomului viral a fost un factor favorizant pentru experiment. Totuși, pentru aplicații clinice, analizele vor trebui să se extindă la genomuri umane, complexe și greu de gestionat.
Trecerea de la un experiment controlat la un instrument utilizabil în spitale necesită validări riguroase, infrastrucură adecvată și reguli de securitate a datelor. Procesul implică, de asemenea, obținerea de rezultate reproductibile și fiabile.
Șansa unei noi epoci pentru genetică
Participanții compară această realizare cu un „hello world” al genomicii cuantice, similar cu momentul anilor 1970 când secvențierea primului genom complet a schimbat totul. Încărcarea unui genom pe un computer cuantic indică apariția unor noi instrumente pentru cercetarea biologică.
Această tehnologie reprezintă un început pentru dezvoltarea unor metode mai rapide și eficiente în analiza datelor genetice, însă aplicabilitatea practică încă nu este la îndemână.