6月1日，全球基因測序和芯片技術的領導者因美納（納斯達克股票代碼：ILMN），宣布推出全新的人工智能（AI）算法——PrimateAI-3D，利用靈長類動物基因和先進的人工智能技術來改善遺傳風險預測和藥物靶點發現。

同期，《科學》（Science）雜志發表主題特刊（第6648期）該期特刊中8篇論文中的4篇來自因美納和24個國家/地區的科學家們的合作，其中兩篇由因美納人工智能副總裁Kyle Farh擔任通訊作者，詳細介紹了PrimateAI-3D算法的訓練方式及其在英國生物樣本庫（UK Biobank）隊列中50萬個基因組的應用情況。另外兩篇有關靈長類動物進化研究的論文也同期發表，為PrimateAI-3D的開發提供了信息。

自人類基因組圖譜繪成以來，全球科學家與臨床醫生不斷致力于深入研究基因變異，解碼基因與人類健康的奧秘。每個人都攜帶著數百萬種基因變異，正是這些變異導致了健康和疾病風險的個體差異，但目前大多數變異的作用方式尚不明確。盡管全球有80億人口，但全人類的遺傳多樣性仍然與10,000個共同祖先（起源種群）相似。要真正了解人類基因組，僅憑人類基因組測序中的數據遠遠不夠。

進化是世界上持續時間最長的實驗。大自然在進化中不斷通過隨機突變來測試基因，那些危害動物健康的變異很快就會從基因庫中剔除，而那些中性或有益的變異則會留存并傳遞下去。Farh表示：“這些大自然實驗的結果記錄在每個物種的基因組中，并一直留存下來，形成一份活檔案。”

盡管在形態上千差萬別，但現存靈長類動物（包括猿、猴、原猴亞目，例如狐猴和懶猴）與人類之間仍有90%以上的DNA是相同的。在黑猩猩或倭黑猩猩身上發生的突變同樣會在人類身上發生，而因美納科學家的研究表明，如果某種變異在另一種靈長類動物身上是接受自然選擇的結果，則該變異有99%的概率不會在人類身上引發疾病*^[1]。

因此，通過對現代靈長類動物進行測序，我們可以更好地了解哪些變異不會致病。本期《科學》（Science）雜志中題為《The landscape of tolerated genetic variation in humans and primates》的研究對來自233個非人靈長類的800余個動物進行了測序，物種涵蓋全部16個科和86%以上的現存屬。但測序只是第一步：掌握所有數據之后，還需要進行解讀。為此，因美納開發了PrimateAI-3D用作數據解讀方法。

由因美納研發的PrimateAI-3D可高度準確地發現致病變異，解決疾病面臨的關鍵挑戰，從而成功實現個體化基因組精準醫學。

為了獲得先進的性能，PrimateAI-3D采用了與ChatGPT和AlphaFold類似的深度神經網絡架構，不同之處在于PrimateAI-3D是根據基因組序列而不是人類語言來進行訓練。另外，在ChatGPT等生成性語言模型中，現有的文本就可以為訓練提供信息，而人類基因組中導致疾病的基因變異在很大程度上卻是未知的。

為解決這個問題，PrimateAI-3D有效地利用自然選擇來訓練深度神經網絡的參數。這種訓練基于此前對233種不同靈長類動物進行測序時發現的數百萬種良性基因變異來開展，這也是迄今為止開展的最大規模的非人類靈長類物種測序工作。神經網絡會學習基因中代表良性變異的位置，并通過自然淘汰過程判斷哪些區域如果發生突變可能致病。PrimateAI-3D通過這種方式學習如何準確預測人類的致病變異，準確度高于任何人類預測。
 

PrimateAI-3D

罕見基因變異對復雜人類特征的多基因貢獻，以血清膽固醇為代表
 

此外，PrimateAI-3D在預測英國生物樣本庫隊列中的常見病患病風險升高人群方面表現出驚人的提升，特別是在非歐洲種族群體中,首次證明了多基因風險評分在很大程度上不受祖先偏差影響，為公平地實施基于基因的精準醫療邁出關鍵一步，適用于更多元化的人群。

 

我們發現，普通人群中有97%的健康人群攜帶臨床相關疾病的高度可干預變異，到目前為止，我們掌握的信息是患有罕見病或癌癥才需要接受基因組測序，但實際情況似乎是，人群中每個健康個體的基因組中都存在極具影響力的變異，這些變異具有臨床相關性，而且至關重要。

PrimateAI-3D將集成在因美納的互聯軟件中，供基因組學界廣泛使用。

4篇最新Science論文
帶您了解因美納AI算法驅動的
基因組學“ChatGPT”：
 

• The landscape of tolerated genetic variation in humans and primates
• Rare penetrant mutations confer severe risk of common diseases
  

  • A global catalog of whole-genome diversity from 233 primate species
    

    • Genome-wide coancestry reveals details of ancient and recent male-driven reticulation in baboons
      

^[1]這一結論不適用于親緣關系較遠的哺乳動物，比如一種在老鼠或狗身上無害的變異，在大猩猩或人類身上可能就是致病的。