DNA अनुक्रमों को डिकोड करने हेतु नया AI उपकरण

संदर्भ

हाल ही में नेचर मशीन पत्रिका में, इस नए उपकरण ‘ग्रोवर’ (GROVER) पर निष्कर्ष प्रकाशित किए गए, जो DNA अनुक्रमों से महत्त्वपूर्ण जानकारी निकाल सकता है।

DNA

• DNA या डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक अम्ल अधिकांश जानवरों और पौधों, यहाँ’तक ​​कि कुछ वायरसों की केंद्रीय सूचना भंडारण प्रणाली है।
  • DNA संरचनात्मक रूप से गुणसूत्रों में संगठित होता है और फिर उन गुणसूत्रों के भाग के रूप में न्यूक्लियोसोम के चारों ओर घूमता है।
• वर्गीकरण: यह नाम इसकी संरचना से जनित है, जो कि शर्करा और फॉस्फेट का एक समूह है, जिसमें से क्षारीय पदार्थ उत्सर्जित होते हैं- जिन्हें क्षार कहा जाता है।
  • यह चार क्षारों का बहुलक है – एडिनीन (A), साइटोसिन (C), गुआनिन (G), और थाइमिन (T)
• डबल हेलिक्स मॉडल: वर्ष 1953 में जेम्स वाटसन और फ्राँसिस क्रिक ने मौरिस विल्किंस और रोजालिंड फ्रैंकलिन द्वारा उत्पादित ‘एक्स-रे’ विवर्तन डेटा के आधार पर DNA की संरचना के लिए एक बहुत ही सरल, लेकिन प्रसिद्ध डबल हेलिक्स मॉडल प्रस्तावित किया।
  • DNA अणु में दो स्ट्रैंड होते हैं जो एक-दूसरे के चारों ओर लिपटे होते हैं, जिनमें से प्रत्येक स्ट्रैंड क्षार के द्वारा एक साथ बँधे होते हैं। एडिनीन थाइमिन के साथ और साइटोसिन ग्वानीन के साथ युग्म बनाते हैं।
  • जीन: DNA अणु के एक भाग में क्षारों का अनुक्रम, जिसे जीन कहा जाता है, प्रोटीन को एकत्रित करने के लिए आवश्यक निर्देश देता है।
• हॉलमार्क: पॉलीन्यूक्लियोटाइड शृंखलाओं के दो स्ट्रैंड  के बीच बेस युग्मन।

‘ग्रोवर’ (GROVER)

• ग्रोवर मनुष्यों पर प्रशिक्षित एक नया ‘बिग लैंग्वेज’ मॉडल है।
• जो DNA अनुक्रमों से महत्त्वपूर्ण जानकारी निकाल सकता है, जैसे-जीन प्रमोटर या प्रोटीन बाइंडिंग साइट्स की पहचान करना।
• महत्त्व: शोधकर्ताओं का मानना ​​है कि ग्रोवर जैसे उपकरण जीनोमिक्स और व्यक्तिगत चिकित्सा को बदलने में मदद कर सकते हैं।
• ग्रोवर को प्रशिक्षित करने के लिए, जर्मनी में ड्रेसडेन यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्नोलॉजी के बायोटेक्नोलॉजी सेंटर (BIOTEC) की टीम ने सबसे पहले एक ‘DNA शब्दकोश’ बनाया।
• DNA शब्दकोश: DNA भाषा जैसा दिखता है। इसमें चार अक्षर होते हैं, जो अनुक्रम बनाते हैं और अनुक्रम एक अर्थ रखते हैं।
  • DNA में चार अक्षर (A, T, G और C) और जीन होते हैं, लेकिन अलग-अलग लंबाई के कोई पूर्वनिर्धारित अनुक्रम नहीं होते हैं जो जीन या अन्य सार्थक अनुक्रम बनाने के लिए संयोजित होते हैं। डीएनए में छिपी जानकारी बहुस्तरीय होती है। 
  • जीनोम का केवल 1-2% हिस्सा जीन से बना होता है, जो प्रोटीन के लिए कोड करने वाले अनुक्रम होते हैं।
• ग्रोवर की भूमिका: ग्रोवर डीएनए के संबंध में सीखता है।
  • डीएनए कोड के संदर्भ में, इसका मतलब है अनुक्रमों के नियमों को सीखना, यानी न्यूक्लियोटाइड्स का क्रम और उनका अर्थ। 
• ग्रोवर कार्यप्रणाली: ग्रोवर न केवल कुछ आनुवंशिक जानकारी के लिए डीएनए अनुक्रमों के की भविष्यवाणी कर सकता है, बल्कि संदर्भ से जैविक प्रासंगिकता की जानकारी भी प्राप्त कर सकता है, जैसे कि डीएनए पर जीन या प्रोटीन बंधन स्थलों की शुरुआत।
  • ग्रोवर उन प्रक्रियाओं के बारे में भी सीखते हैं, जिन्हें “एपिजेनेटिक” माना जाता है।
    • एपिजेनेटिक्स: यह कोशिकाएँ, डीएनए अनुक्रम को बदले बिना जीन गतिविधियों को कैसे नियंत्रित करती है, से संबंधित अध्ययन है।

ग्रोवर प्रशिक्षण  बाइट पेयर एन्कोडिंग (BPE) का उपयोग करके डीएनए शब्दकोश ग्रोवर को प्रशिक्षित करने के लिए, टीम ने सबसे पहले बाइट पेयर एन्कोडिंग (BPE) का उपयोग करके एक DNA शब्दकोश का निर्माण किया, जिसे मूल रूप से GPT-3 जैसे ट्रांसफार्मर मॉडल के लिए विकसित किया गया था और सबसे सामान्य अक्षर संयोजनों के लिए पूरे जीनोम की जाँच की।

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