اليوم فقط، امتلأت شبكة الإنترنت بأكملها بقصة هذا الرجل في مرحلة ما بعد العقد الأول من القرن الحادي والعشرين! استخدم مستخدم الإنترنت هذا المسمى Seth Howes جهاز تسلسل محمول وكلود لإكمال تسلسل الجينوم الكامل بشكل مستقل في غرفة معيشته، ونجح في تتبع الآلية المسببة للأمراض لأمراض المناعة الذاتية في عائلته لعدة أجيال.
باستخدام جهاز تسلسل بحجم محرك أقراص فلاش USB والعديد من نماذج الذكاء الاصطناعي، أكمل سيث هاوز، الشاب المولود في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، تسلسل الجينوم في غرفة معيشته وحل بمفرده لغز مرض المناعة الذاتية الذي تعاني منه عائلته والذي ظل دون حل لعقود من الزمن. في عام 2023، ستبلغ تكلفة إكمال تسلسل الجينوم البشري بالكامل 2.7 مليار دولار أمريكي، لكنه أنفق 1100 دولار فقط!
لقد تركت هذه المشاكل عددًا لا يحصى من الأطباء في حيرة من أمرهم.
ولم يتمكن أي طبيب من شرح هذه الآليات من قبل. وبعد أكثر من عشر سنوات من العلاج والزيارات التي لا تعد ولا تحصى في المستشفى، تم العثور على الجواب أخيرا في غرفة المعيشة الخاصة بي.
هذه التجربة صادمة للغاية لدرجة أن دائرة التكنولوجيا الحيوية أصبحت الآن في حالة صدمة!
في الواقع، قام نموذج كلود الكبير بتحويل تسلسل الجينات من نشاط كثيف رأس المال إلى أداة شخصية.
لم يعد موقع الأبحاث البيولوجية آلة باهظة الثمن في أحد أفضل المختبرات، ولا منصة عامة في كلية الطب، بل في غرفة المعيشة الخاصة بك!
مختبر على الطاولة، بما في ذلك وحدة التسخين، الدوامة، جهاز طرد مركزي صغير، ماصة، MinION
والآن وصلت هذه التدوينة إلى الإنترنت.
الأشخاص الذين أجروا تجارب في المختبر لمدة عشر سنوات يقولون بعاطفة: أنت محترف للغاية.
يقول الأشخاص الذين يقومون بالأبحاث الجينية أن مشروع تسلسل الجينوم هذا يناسب نطاق أبحاثهم.
وقال مريض يعاني من الأورام إن لهذه التجربة أهمية كبيرة.
يمكن القول أن هذه ممارسة ذاتية يمكن أن تصدم المحيط الحيوي بأكمله: منذ ذلك الحين، كسرت الأبحاث البيولوجية احتكار المؤسسات ودخلت عصر الأفراد تمامًا!
يأمل في استعادة قوة اتخاذ القرار في الحياة من الألم
سيث هاوز هو مهندس سابق في مختبرات إكسولابس وحاصل على درجة الدكتوراه في الطب من جامعة أكسفورد ودرجة الدكتوراه في التعلم الآلي من كلية إمبريال.
لم ينبع بحث سيث من الاهتمام الأكاديمي، ولكن من الضغط الجيني العائلي الثقيل.
عائلته لديها تاريخ طويل من أمراض المناعة الذاتية شديدة الخطورة.
وأثناء قيامه بإجراء التجارب، أصيبت شقيقته التي لم يتجاوز عمرها 40 عاما، بتلف شديد في الكبد بسبب المرض. كان عليها أن تنتظر عامين قبل الحصول على مصدر للكبد لإجراء الجراحة.
"ليس لدي أي أوهام بأننا قادرون على علاج أمراض عائلتنا، ولكنني أريد أن أفهم لماذا تستمر أجسادنا في أكل نفسها، جيلاً بعد جيل."
لقد كان هذا الفضول حول قواعد الحياة الأساسية، إلى جانب السعي وراء خصوصية البيانات، هو الذي دفعه إلى اتخاذ قرار ببناء طاولة عمل "الصيدلية الرقمية" في غرفة معيشته.
ففي نهاية المطاف، في رأيه، "يجب ألا تغادر بياناتك الشخصية منزلك أبدًا".
التكنولوجيا السوداء الأساسية: نعمة هائلة للذكاء الاصطناعي
في الماضي، كان تحديد تسلسل الجينوم الكامل حكرًا على المختبرات الكبيرة وكان يكلف مئات الآلاف من الدولارات.
مفتاح نجاح سيث هذه المرة يكمن في مباركة ثلاثة عناصر.
الأجهزة: "قارئ الجينات" في جيبك
أولاً، فيما يتعلق بالأجهزة، استخدم جهاز التسلسل Oxford Nanopore MinION.
هذا الشيء هو بحجم محرك أقراص USB المحمول فقط، ويمكنه قراءة تسلسل الحمض النووي عند توصيله بجهاز الكمبيوتر.
قبل بضع سنوات، كان الأمر نفسه يتطلب جهاز تسلسل Illumina يملأ الغرفة، وفريقًا متخصصًا، وميزانية مكونة من ستة أرقام.
الآن، هذا الجهاز، الذي يبلغ حجمه حجم بنك الطاقة فقط، مملوء بحوالي 2000 فتحة نانوية (قطرها 1 نانومتر فقط). عندما تمر أجزاء الحمض النووي عبر هذه الثقوب، سيتم تسجيل التغيرات التي تحدث في التيار الجزئي وتحويلها إلى رموز وراثية.
فهو يقلل من تكلفة التسلسل من مئات الآلاف من الدولارات إلى مستوى 1000 دولار، وربما ينخفض إلى 100 دولار في المستقبل.
يمكن القول أن MinION قد حولت "قراءة الحمض النووي" من نشاط كثيف رأس المال إلى قدرة قائمة على الأدوات.
تمامًا كما تنقل الطابعات ثلاثية الأبعاد "التصنيع" من المصنع إلى سطح المكتب، تنقل MinION "التسلسل" من المختبر إلى غرفة المعيشة.
نموذج الذكاء الاصطناعي: من "قراءة التعليمات البرمجية" إلى "فهم الوظائف"
لكن في التجربة، لا يكفي قراءة القواعد الأربع A وT وC وG.
هناك ثلاثة مليارات زوج أساسي من البيانات الأولية أمامك، وإذا كنت لا تعرف ما تعنيه، فهي مجرد مجموعة من الحروف.
وهنا يأتي دور الذكاء الاصطناعي. في التجارب، تم استخدام نموذجين رئيسيين.
الأول هو Evo2.
هذا هو نموذج الجينوم الأساسي الذي طوره معهد آرك، بمقياس معلمات يبلغ 7 مليارات وتم تدريبه على بيانات الجينوم لأكثر من 120 ألف نوع حول العالم. ما يمكن أن يفعله هو: بالنظر إلى تسلسل الحمض النووي، توقع الوظيفة البيولوجية لهذا التسلسل.
لا بد أنك أدركت ذلك - هذه نسخة بيولوجية من GPT!
تفهم GPT لغة الإنسان، ويفهم Evo2 لغة الحياة. الفرق هو أن الكتاب الذي يقرأه Evo2 يبلغ طوله 3 مليارات حرف.
والثاني هو ألفاجينوم.
من إنتاج شركة Google DeepMind المتخصصة في التنبؤ بوظائف الجينوم. إنه لا يخبرك فقط "ما هو البروتين الذي يشفره هذا الحمض النووي"، ولكنه يتنبأ أيضًا "بما هو تأثير الطفرة في هذا الموقع على التعبير الجيني وبنية الكروماتين".
من "قراءة الحمض النووي" إلى "فهم وظيفة الحمض النووي"، كانت هذه القفزة تستغرق عدة أشهر للتحقق من صحتها من قبل مختبر البيولوجيا الجزيئية بأكمله. والآن، يمكن تشغيل النموذج لبضع ساعات فقط وستكون النتائج متاحة.
واجهة مبسطة: النماذج الكبيرة تصبح "مساعدين مختبريين"
وبالحديث عن ذلك، فإن التفاصيل الأكثر إثارة للدهشة في الأمر برمته لم تكن جهاز التسلسل أو نموذج الجينوم، بل كلود.
استخدم Seth كلود لإنشاء ملف BED أثناء العملية.
ملفات BED هي تنسيق بيانات قياسي لعلم الجينوم، حيث تسجل المعلومات الإحداثية لمناطق معينة في الجينوم. في الماضي، كانت كتابة هذا النوع من الملفات تتطلب من المتخصصين الذين يعرفون المعلوماتية الحيوية كتابتها يدويًا أو استخدام أدوات سطر الأوامر المتخصصة.
النهج الحالي هو استخدام اللغة الطبيعية لإخبار كلود "بإنشاء ملف BED لي لتغطية مناطق الجينات هذه"، وسيتم إنشاؤه.
لقد تم الاستيلاء على العمليات البيولوجية من خلال واجهات اللغة.
عصر المختبرات الشخصية هنا
الآن، يشكل إضفاء الطابع الديمقراطي على الأجهزة (MinION)، والتحسين الهائل لفهم الذكاء الاصطناعي (Evo2 + AlphaGenome)، وتيسير عتبة التشغيل بواسطة واجهات اللغة (كلود) بشكل مباشر سلسلة تحول نموذجية كاملة.
كل رابط وحده ليس خبرا. ولكن عندما تغلق الحلقات الثلاث في نفس الوقت، يحدث خطأ ما!
قام شاب فضولي بحل لغز في غرفة معيشته كان قد استعصى على الأطباء لأكثر من عشر سنوات.
لا يتمثل تأثير هذه الحادثة في أن قصة سيث الشخصية أسطورية، ولكنها تكشف عن منحنى متسارع.
إن المسار التنازلي لتكاليف التسلسل أكثر خطورة من قانون مور.
في عام 2003، بلغت تكلفة استكمال تسلسل الجينوم البشري 2.7 مليار دولار. وفي عام 2007 انخفض إلى 10 ملايين. وانخفضت إلى 1000 دولار في عام 2014. وفي عام 2024، ستكون بعض المنصات قادرة بالفعل على تحقيق أسعار أقل من 200 دولار أمريكي.
الهدف التالي هو 100 دولار.
ويعني ميل هذا المنحنى أنه في المستقبل غير البعيد، قد يكلف تحديد تسلسل الجينوم الخاص بك أقل من الفحص البدني الكامل.
رد الفعل الأول لكثير من الناس هو: أليس هذا مجرد مشروع هواية للمهوسين؟ من من الناس العاديين سيختبر الجينوم الخاص به في المنزل؟
لكن فكر مرة أخرى، في عام 2010، كم من الناس اعتقدوا أن "الأشخاص العاديين سيستخدمون الطابعات ثلاثية الأبعاد في المنزل"؟
في كل مرة يتم فيها إغلاق سلسلة الأدوات، يتم تقصير فترة النافذة من الألعاب المهووسة إلى التطبيقات الجماعية. قد تكون فترة النافذة أقصر هذه المرة لأن القوة الدافعة وراءها هي الطلب الصارم.
سجل تجربة غرفة المعيشة: كيف "تقرأ" الحمض النووي الخاص بك في المنزل؟
تُظهر إجراءات التشغيل الكاملة التي نشرها سيث أنه بالإضافة إلى الماصات الدقيقة، فإن العديد من معداته المختبرية مستعملة من موقع eBay أو AliExpress.
وفي مرحلة استخراج العينة، لم يقم بإجراء عمليات سحب دم معقدة، بل فرك الجزء الداخلي من خده بمسحة فموية معقمة. حصل على حوالي 5-7 ميكروغرام من الحمض النووي بمسحة واحدة فقط، وهو ما يتجاوز بكثير ميكروغرام واحد المطلوب للتجربة.
إن أخذ العينات التكيفية هو الورقة الرابحة لشركة MinION.
يستخدم Seth التحكم البرمجي للسماح لجهاز التسلسل بإجراء "فحص أولي" عند قراءة أول 500 قاعدة من كل جزء: إذا كان جينًا مرتبطًا بالمناعة يشعر بالقلق بشأنه، فواصل القراءة؛ إذا لم يكن الأمر كذلك، قم بعكس الجهد "بصق" شريط الحمض النووي واستبداله بالشريط التالي.
حالة نشاط Nanopore على لوحة التحكم MinKNOW بعد دقائق من بدء التشغيل
في هذه العملية، استخدم Mac Studio الخاص بشريحة M3 Ultra لتحديد القاعدة في الوقت الفعلي، واستخدم DGX Spark من NVIDIA لزيادة سرعة التحليل وضمان قوة الحوسبة.
لم تعد البيولوجيا حكراً على الأفراد
في السبعينيات، كانت أجهزة الكمبيوتر حكرًا على المؤسسات الكبيرة، ثم ظهرت أجهزة الكمبيوتر الشخصية، ثم ظهرت الإنترنت.
علم الأحياء يسير بنفس الطريقة.
جهاز التسلسل هو الكمبيوتر الشخصي، والنموذج الأساسي للجينوم هو نظام التشغيل، وكلود هو واجهة المستخدم. عندما يتم وضع الطبقات الثلاث في مكانها في وقت واحد، ستصل "لحظة الكمبيوتر الشخصي" لعلم الأحياء.
ربما كانت فترة ما بعد الظهر التي أنهى فيها سيث تسلسل الجينوم الخاص به في غرفة معيشته هي الإطار الأول لهذه اللحظة.
إذا نظرنا إلى الوراء بعد مرور عشر سنوات، فمن المحتمل أن يكون عام 2026 عامًا فاصلاً.
أهمية هذه التجربة تتجاوز بكثير انتصار مهووس التكنولوجيا. إنه يشير إلى أن البحث البيولوجي يمر بتحول نموذجي من الاحتكار المؤسسي إلى وضع DIY الفردي.
عندما يتم تبسيط العمليات البيولوجية المعقدة إلى محادثات لغوية بواسطة الذكاء الاصطناعي، وعندما تصبح الأدوات باهظة الثمن في متناول الجميع، سيتمكن الأشخاص العاديون من تحليل المنطق الأساسي للحياة بنشاط.
وكما قال سيث، فقد وجد متعة اللعب بالكمبيوتر عندما كان طفلاً عندما لعب بالدوائر الجينية. هذه "الروح المهووسة" تفتح حقبة جديدة.
كم عدد المعجزات التي سيصنعها الذكاء الاصطناعي بعد ذلك؟