באמצעות טכנולוגיית רצף RNA מתוחכמת, חוקרים ביו-רפואיים יכולים למדוד את פעילות הגנים שלנו על פני מיליוני תאים בודדים, וליצור מפות מפורטות של רקמות, איברים ומחלות. ניתוח מערכי הנתונים הללו דורש שילוב נדיר של מיומנויות: הבנה עמוקה של הביולוגיה, ויכולת לפתח קוד מחשב שהופך נתונים לתובנות. מה אם נוכל לצייד חוקרים ביו-רפואיים עם עוזר בינה מלאכותית שרואה את הנתונים, תומך בניתוח, יודע על הביולוגיה וקל לדבר איתו? זה יכול לתת למדענים עמית וירטואלי מבוסס בינה מלאכותית עם מומחיות ביולוגית וביואינפורמטיקה כדי לתמוך בהם במחקר שלהם.
לקראת מטרה זו, חוקרים בראשות כריסטוף בוק, חוקר ראשי במרכז המחקר CeMM לרפואה מולקולרית של האקדמיה האוסטרית למדעים ופרופסור באוניברסיטה הרפואית של וינה, פיתחו את CellWhisperer. CellWhisperer היא שיטת AI וכלי תוכנה המקשרת בין ביטוי גנים לטקסט תיאורי על פני יותר ממיליון דגימות ביולוגיות. הוא מספק תיבת צ'אט בינה מלאכותית לחקור ביולוגיה מורכבת בשפה האנגלית, ללא עומס מהמורכבות של קוד מחשב. מחקר זה, שפורסם ב-Nature Biotechnology, מדגים כיצד בינה מלאכותית יוצרת דרך חדשה עבור מדענים לקיים אינטראקציה עם הנתונים שלהם בעת לימוד היסודות הביולוגיים של מחלות.
מגנים לטקסט – ולהיפך
CellWhisperer משתמש בלמידה עמוקה רב-מודאלית על פרופילי פעילות גנים וטקסט ביולוגי מותאם, שהכותבים אספו ממאגרי מידע ציבוריים בעזרת מודלים של AI. שילוב שני אופני הנתונים הללו, הופך להיות אפשרי לחפש מערכי נתונים מסיביים עם שאילתות מבוססות טקסט כגון "הראה לי תאי חיסון מהמעי הגס המודלק של חולים עם מחלות אוטואימוניות".
ה- CellWhisperer multimodal AI משלב עוד יותר מודל שפה גדול שהוכשר לחקות דיונים בין ביולוגים וביואינפורמטיקאים בעת ניתוח נתונים. צ'אט עם CellWhisperer נשמע אפוא קצת כמו לדבר עם עמית לביואינפורמטיקה, תוך הסתמכות על השקפתו של CellWhisperer לגבי הנתונים הביולוגיים והידע הביולוגי של מודל השפה הגדול. לדוגמה, משתמשים יכולים לשאול את CellWhisperer לגבי גנים פעילים בתאים בעלי עניין, ולתת למודל להגיב על השלכות ביולוגיות אפשריות. CellWhisperer מובנה בממשק אינטרנט ידידותי למשתמש המבוסס על הדפדפן הפופולרי CELLxGENE ונגיש באופן חופשי באינטרנט: https://cellwhisperer.bocklab.org.
"על ידי הכשרה על נתונים ניסיוניים של 20,000 מחקרים משני העשורים האחרונים, CellWhisperer למד על התפקידים הביולוגיים של גנים ותאים", מסביר המחבר הראשון מוריץ שייפר, חוקר פוסט-דוקטורט לשעבר בקבוצת המחקר של כריסטוף בוק ב-CeMM וכעת באוניברסיטת סטנפורד. "בדרך זו, CellWhisperer ערוך לנתח נתונים חדשים של רצף RNA חד-תא מתחומים רבים, מה שהופך את חקר הנתונים הביו-רפואיים לקלה ומרגשת יותר."
צעד לקראת סוכני מחקר בינה מלאכותית
כדי להמחיש את הפוטנציאל של CellWhisperer לגילוי ביולוגי, הצוות יישם אותו על נתוני רצף RNA חד-תא של התפתחות עוברית אנושית. בעזרת שאילתות בסיסיות כמו "לב" או "מוח", המודל זיהה נקודות זמן התפתחותיות, אוכלוסיות תאים וגנים סמנים הקשורים להיווצרות איברים אנושיים. רבים מהסמנים הללו תאמו גנים התפתחותיים ידועים, בעוד שאחרים הצביעו על מועמדים שהתעלמו מהם בעבר.
CellWhisperer לא רק מקל על המחקר הביו-רפואי, הוא עוזר לי להבין מה קורה בתאים שאני לומד."
פיטר פנדר, שותף-הסופר הראשון, המכון לחקר הסרטן לילדים בסנט אנה
"מדע הוא עבודת צוות, ועם CellWhisperer, עוזר מחקר בינה מלאכותית הצטרף לצוות שלנו. CellWhisperer באמת עוזר במחקר חקרני – קבלת רושם ראשוני של מערך נתונים חדש והבנת היכן לחפור לעומק. זה תומך ומעצים אותנו כמדענים אנושיים", מדגיש כריסטוף בוק.
