التطورات في تقنيات الذكاء الاصطناعي وCRISPR لتسريع فهمنا للأمراض الجينية

هناك ما يصل إلى 7,000 مرض جيني نادر يحدث بسبب اضطرابات جينية. تحدث هذه الاضطرابات عندما يحدث طفره في جيناتنا، رغم أنها لا تؤدي دائمًا إلى مرض.

الجينات مكوّنة من حمض نووي رائب أو DNA، الذي يحتوي على تعليمات حول خصائص ووظائف أجسامنا، وتسبب أي تغيير في تسلسل DNA اضطرابًا جينيًا.

نظرًا لأننا نتلقى نصف جيناتنا من كل أحد الوالدين البيولوجيين، قد نرث طفره جينية من أحدهما أو كليهما. يمكن أن تكون هذه الاضطرابات نتيجة مزيج من طفرات جينية، أو تلف في الكروموسومات التي تحمل الجينات، أو عوامل بيئية.

هذا المشهد الجيني المعقّد، المميّز بالتعقيد، والانتشار المنخفض، والطبيعة الخفية للاضطرابات، يعقّد بشكل كبير عملية الحصول على تشخيص دقيق. في كثير من الحالات، قد تكون الأمراض الجينية النادرة نتيجة نطاق واسع من المتغيّرات في الجينات التي قد تكون فريدة لكل فرد، مما يجعل من الصعب تحديد السبب المحدد لأعراض المريض.

علاوة على ذلك، تتطلب عملية التشخيص تحليلات جينية مكثفة ووقتًا لمقارنة التركيب الجيني للمريض مع الأنماط المرضية المعروفة. لذا، ليس التشخيص صعبًا فحسب، بل قد يستغرق وقتًا طويلًا أيضًا، مما يؤدي إلى تأخير العلاج. ومع ذلك، فإن دراسة دنماركية جديدة تستعد لجعل تشخيص هذه الأمراض أكثر كفاءة وسرعة.

نُشرت الدراسة في مجلة The American Journal of Human Genetics، واستخدمت تقنية CRISPR لتفعيل الجينات في خلايا يمكن الوصول إليها بسهولة، مثل الدم أو الجلد. ثم قاس الباحثون ما إذا كان الـ messenger RNA يُجمع بشكل صحيح في عملية بيولوجية جزيئية تُسمى splicing.

هذا الابتكار يعالج عائقًا كبيرًا في البحث الجيني. يُعدّ هذا تطورًا مهمًا لأن 19٪ من الجينات المرتبطة بالمرض لا تكون نشطة في هذه الأنسجة المتاحة بسهولة مثل خلايا الدم وخلايا الجلد. وهذا يجعل من الصعب الحصول على صورة واضحة للأساس الجيني للأمراض.

وفقًا للخبراء، قد يُحدث هذا التطور ثورة في التشخيص الجيني. 

“هذا يعني أنه حتى الآن، لم نتمكن من دراسة الجينات بشكل صحيح لأنها نشطة فقط في أنسجة محددة، مثل الجهاز العصبي، وهذا يمثل عائقًا كبيرًا عندما نحاول فهم ما إذا كان متغيّر جيني معين هو سبب مرض المريض.” 

– Uffe Birk Jensen، أستاذ سريري ورئيس قسم الطب السريري بجامعة آرهوس – قسم علم الوراثة السريري

تفعيل CRISPR هنا يقدّم فرصة كبيرة. CRISPR، التي تعني “تكرارات قصيرة متقاربة ومتباعدة بانتظام”، هي تقنية تعديل الجينوم تُستخدم لتعديل تسلسلات DNA بشكل انتقائي ودقيق. تتكوّن من إنزيم Cas9، الذي يُستَخدم كمقص جزيئي لقطع DNA. ثم هناك الـ guide‑RNA، الذي يتعرف على الهدف الذي يحتاج إلى تعديل ويُوجّه Cas9 إلى تلك المنطقة من DNA.

باستخدام هذه التقنية، “شغّل” الباحثون جينات عادةً غير نشطة في الخلايا المتاحة، بما في ذلك جين MPZ—الذي يُنشط عادةً فقط في مسارات الأعصاب—الآن تم تفعيله في خلايا الجلد. يفتح هذا الاختراق آفاقًا جديدة لفهم وتشخيص الأمراض الجينية.

وفقًا لـ Uffe Birk Jensen، سمح تفعيل CRISPR بتشغيل الجين في بيئة طبيعية، مما يعني أن تعديل الجين لا يحتاج إلى أن يكون في نماذج خلوية بل يمكن استخدام عينة من المريض. وأضاف:

“يمكن استخدام نفس الطريقة لمرضى مختلفين وتكييفها بسهولة مع جينات أخرى، والميزة هي أنها سريعة جدًا مع إمكانية الحصول على نتائج خلال بضعة أسابيع.” 

يأمل الباحثون في استخدام هذه الطريقة لتشخيص الأمراض الجينية بشكل أكثر سهولة وفعالية ودقة. وقد تم إدخالها بالفعل في العيادة بحيث “يمكن للتقنية أن تُسهم في الوصول إلى التشخيص الصحيح عندما نجد متغيّرات splicing محتملة”، قال المشارك في الدراسة Thorkild Terkelsen، وهو باحث ما بعد الدكتوراه في قسم الطب الحيوي.

لكن هذا ليس كل شيء. يواصل الفريق استكشاف الإمكانات الأوسع للتقنية وإجراء تعديلات لجعلها “أسهل في الاستخدام في العيادة”، أضاف Terkelsen.

الدراسة، التي هي جهد تعاوني بين قسم علم الوراثة السريري وقسم الطب الجزيئي بمستشفى جامعة آرهوس، تلقت تمويلاً من الصندوق المستقل للبحوث الدنماركي.

الإمكانات الضخمة للتقنيات الحديثة في فهم الأمراض الجينية

بينما ظهرت تقنية CRISPR في عام 1987، لم تبدأ في الانتشار إلا مؤخرًا. تُقدّم هذه التقنية الواعدة والمبتكرة للباحثين والعلماء وسيلة فعّالة لتعديل بنية DNA وتغيير وظيفة الجينات.

للتقنية عدة استخدامات محتملة، بما في ذلك علاج وتقليل انتشار الاضطرابات بالإضافة إلى تعديل العيوب الموروثة. عندما يتعلق الأمر بالعلاج الجيني، تُقدّم تقنية CRISPR/Cas9 إمكانات عظيمة من خلال تعديل طفرة محددة للمريض لا يمكن علاجها بالطرق التقليدية. وبالتالي، من خلال تخفيف الأمراض المعقّدة، تهدف تقنية CRISPR إلى توفير حياة أكثر صحة للناس.

مع تزايد استخدام CRISPR لتصحيح الاضطرابات البشرية، تُجرى محاولات لتقليل الأخطاء غير المستهدفة وزيادة الدقة. هنا، يساعد الذكاء الاصطناعي، وبشكل خاص، تحرير الجينوم على تحقيق ليس فقط دقة أكبر بل أيضًا كفاءة وتكلفة معقولة في معالجة الأمراض المتنوعة.

الذكاء الاصطناعي هو محاكاة للذكاء البشري في الروبوتات لتفكير وتعلم وتنبؤ مثل البشر. تهدف التقنية إلى تحويل العديد من الصناعات، بما في ذلك الرعاية الصحية.

مؤخرًا، تحدثنا عن قدرة الذكاء الاصطناعي على التعرف على الاتجاهات داخل مجموعة من المتغيّرات التي تُعزز الرعاية الصحية بشكل هائل. من خلال الاستفادة من خوارزميات الذكاء الاصطناعي، يستطيع الباحثون التنبؤ بنجاح بالتهاب الدماغ (sepsis) لدى المرضى ذوي المخاطر العالية قبل ظهور الأعراض وإنقاذ الأرواح. وفي حالة أخرى، تحلل نماذج التنبؤ المدعومة بالذكاء الاصطناعي البيانات الجينومية لتوقع المرض بدقة عالية.

هذا الفرع الواسع من علوم الحاسوب يثبت أنه أداة قوية في اكتشاف الاضطرابات الوراثية والمتعلقة بالجينات. في أبحاث الجينات، يُستَخدم فرع الذكاء الاصطناعي المتعدد الاستخدامات، التعلم العميق، بشكل متزايد.

يعتمد التعلم العميق على الشبكات العصبية الاصطناعية، ويُعلّم الحواسيب معالجة كميات هائلة من البيانات. كنوع فرعي من التعلم الآلي، يحاول نموذج التعلم العميق محاكاة سلوك الدماغ البشري من خلال التعلم من البيانات المقدّمة.

يتضمن التعلم العميق طبقات متعددة من العقد المترابطة لإنشاء شبكات عصبية عميقة يمكنها تعلم تمثيلات معقّدة للبيانات عن طريق اكتشاف الأنماط الهرمية فيها. بناءً على هذه الأنماط، ينتج رؤى وتنبؤات دقيقة. يمكن لهذه الخوارزميات التعلم والتحسين من البيانات تلقائيًا دون الحاجة لتدخل يدوي.

حققت نماذج التعلم العميق أداءً رائعًا في التطبيقات الطبية الحيوية، حيث تشير الدراسات إلى أن هذه النماذج يمكن أن تؤدي بنفس جودة وربما أفضل من البشر في مهام الرعاية الصحية الأساسية مثل تشخيص الأمراض. بعد كل شيء، يمكن للذكاء الاصطناعي تقليل الأخطاء البشرية، ومعالجة كميات هائلة من البيانات، وتعزيز القدرة المعرفية.

نظرًا لتعقيد البيانات في الرعاية الصحية، يمكن تطبيق الذكاء الاصطناعي بفعالية للتشخيص، وتوصيات العلاج، والمهام الإدارية، ومشاركة المرضى عبر مختلف مجالات الرعاية الصحية.

مع ذلك، كما أشرنا في مقالتنا نماذج التنبؤ المدعومة بالذكاء الاصطناعي ستُحدث تقدمًا هائلًا في الرعاية الصحية، يمكن أن تحدث أخطاء عندما يُطبق الذكاء الاصطناعي في العالم الحقيقي، ويجب أن نكون حذرين من ذلك.

الوعد الذي يقدمه الذكاء الاصطناعي في البحث، التشخيص، وعلاج الاضطرابات الجينية

استخدام الذكاء الاصطناعي لفهم، تشخيص، وعلاج الأمراض ليس جديدًا. أظهرت الأنظمة القائمة على القواعد وعدًا في التشخيص الدقيق وعلاج الأمراض. لكن في السنوات الأخيرة، سمحت التقدمات التقنية بتنفيذ ذلك فيما يتعلق بالأمراض الجينية ومع تحسين النتائج.

على سبيل المثال، يكتسب Watson من IBM الكثير من الاهتمام بتركيزه على الطب الدقيق، خصوصًا تشخيص وعلاج السرطان. لهذا، يجمع Watson بين التعلم الآلي وقدرات معالجة اللغة الطبيعية.

فيما يتعلق بالعلاج الجيني، تُستخدم أدوات الذكاء الاصطناعي مثل DeepCRISPR وCRISTA وDeepHF لتوجيه الـ RNAs إلى تسلسل هدف محدد. يأخذ التنبؤ بالـ guide RNAs المثلى في الاعتبار عوامل متعددة، مثل السياق الجينومي، نوع الطفرة المطلوب، درجات الاستهداف (on‑target) والبعيد عن الهدف (off‑target)، المواقع المحتملة للبعيد عن الهدف، والتأثيرات المحتملة لتعديل الجين على وظيفته.

تساعد نماذج الذكاء الاصطناعي أيضًا على تحسين تقنيات مختلفة لتعديل الجينوم، مثل القاعدة (إجراء تغييرات مستهدفة على تسلسل قطعة DNA)، البرمجة (تحرير “بحث‑استبدال”)، والإبيجينوم (إضافة أو إزالة علامات جزيئية من DNA)، مما يسمح بإجراء تغييرات دقيقة وقابلة للبرمجة على تسلسلات DNA دون الاعتماد على قوالب DNA المتبرّع.

علاوة على ذلك، يتيح تعاون الذكاء الاصطناعي مع تحرير الجينوم علاجات شخصية مخصّصة للملفات الجينية، من خلال تحليل بيانات الجينوم للمرضى لتحديد الطفرات والبيوماركرات المرتبطة بالأمراض، مثل تلك الخاصة بمرض الزهايمر والسرطان، مبكرًا، مما يؤدي إلى رعاية مخصّصة.

يعتقد العلماء والباحثون أن مساعدة الأطباء في تحديد السبب الجذري للأمراض بسرعة أكبر يسمح للمرضى بتلقي العلاج المناسب في وقت أقرب، مما يحسّن رعاية المرضى بشكل كبير.

إلى جانب تمكين التشخيص الأسرع، يقدم الذكاء الاصطناعي أيضًا دقة أعلى. في أكتوبر 2021، أجرى دراسة أجراها باحثو University of Utah Health بقيادة مستشفى Rady Children في سان دييغو خوارزمية Fabric GEM التي تستفيد من الذكاء الاصطناعي لاكتشاف الأخطاء في DNA التي تؤدي إلى اضطرابات جينية نادرة لدى الأطفال.

عند اختبارها، تمكنت GEM من تحديد الجين المسبب كواحد من أفضل مرشحين لها بنسبة 92٪ من الوقت، متفوقة على الأدوات الحالية التي نجحت بنسبة 60٪ فقط. علاوة على ذلك، وعلى عكس الأدوات الأخرى، استطاعت GEM أيضًا اكتشاف “المتغيّرات الهيكلية”، وهي أكبر وأكثر تعقيدًا، كأسباب للمرض.

لتحقيق ذلك، تعلمت GEM من معرفة واسعة ومتزايدة باستمرار ثم قاطعت ذلك مع مجموعات ضخمة من بيانات تسلسلات الجينوم من مجموعات سكانية مختلفة وجميع المعلومات حول المرض السريري، والتي تم دمجها بعد ذلك مع تسلسل جينوم المريض والسجلات الطبية. للمساعدة، يمكن ربط GEM بأداة معالجة اللغة الطبيعية لمسح كميات هائلة من الملاحظات السريرية.

مؤخرًا، قدمت DeepMind من Google نموذج ذكاء اصطناعي جديد يمكنه التنبؤ بالأمراض الجينية. يُدعى AlphaMissense، وهو نموذج لغة تم تدريبه على تسلسلات البروتين ويتنبأ بهياكل مئات الملايين من البروتينات من تركيبتها من الأحماض الأمينية.

يُعطى لكل من المتغيّرات الـ 71 مليون الممكنة “درجة إمراضية” تتراوح بين 0 و1 بناءً على معرفته بتأثيرات الطفرات المرتبطة الأخرى. هنا، كلما ارتفعت الدرجة، زادت احتمالية أن تكون الطفرة معينة مسببًا أو مرتبطة بالمرض.

يدعي باحثو DeepMind أن AlphaMissense يحقق دقة 90٪، مع تصنيف 89٪ من المتغيّرات. الفكرة من AlphaMissense هي المساعدة في تسريع البحث عن المتغيّرات الجينية، تحسين تشخيص الأمراض، واكتشاف علاجات جديدة بسرعة. يمكنه أيضًا مساعدة الأطباء في استبعاد أي طفرات جينية محتملة أخرى في DNA المريض والتأكد من تقديم العلاج المناسب.

الشركات التي تستفيد من تقنيات الذكاء الاصطناعي وCRISPR

الآن، دعونا نلقي نظرة على عدد قليل من الشركات البارزة في قطاع الرعاية الصحية التي تستخدم الذكاء الاصطناعي وCRISPR للابتكار وتطوير حلول من أجل تحسين حياة البشر والمجتمع.

#1. CRISPR Therapeutics

الشركة التي تتخذ من زوغ مقراً لها، رائدة في توظيف تقنية CRISPR لعلاج الأمراض الشائعة والنادرة، حصلت على حقوق الملكية الفكرية لتقنية CRISPR/Cas9 والتقنيات ذات الصلة. عقب هذه الخطوة الاستراتيجية، حصلت Crispr Therapeutics (CRSP ) على موافقة تنظيمية في الربع الرابع من عام 2023 لعلاج مرض الخلايا المنجلية (SCD) في الولايات المتحدة ولـ SCD والثلاسيميا بيتا المعتمدة على نقل الدم (TDT) في المملكة المتحدة والبحرين.

مستفيدًا من هذه الموافقات، صرّح الرئيس التنفيذي سامارث كولكارني في عام 2024:

“سنستمر في دفع برامجنا وتوسيع خط أنابيبنا بهدف تقديم علاجات تعديل الجينات التي تغير قواعد اللعبة للمرضى. نحن في موقع جيد لتنفيذ تجاربنا السريرية عبر مجالات علاجية مختلفة، بما في ذلك الأورام، المناعة الذاتية، القلب والأوعية الدموية، والسكري.”

مع الأخذ في الاعتبار تقدم الشركة وثقة السوق، تُقَدِّر قيمة سوق Crispr Therapeutics بـ 5 مليارات دولار، وتُتَجَارَة أسهمها عند 62.95 دولار، مسجلة زيادة بنسبة 0.56٪ منذ بداية العام (YTD). أبلغت الشركة عن إيرادات قدرها 170 مليون دولار على مدار آخر اثني عشر شهرًا (TTM)، مع ربحية سلبية (EPS) (TTM) قدرها -4.48 ونسبة السعر إلى الأرباح (P/E) (TTM) تبلغ -14.05. وأظهر ثقة المستثمرين، في يناير 2024، استحوذت ARK Investment التي تقودها كاثي وود على 167 ألف سهم من Crispr Therapeutics.

انقر هنا لتتعرف على كل ما يتعلق بالاستثمار في CRISPR Therapeutics.

#2. UnitedHealth Group Incorporated

تستفيد هذه الشركة المتنوعة في مجال الرعاية الصحية بشكل كبير من الذكاء الاصطناعي، وتعلم الآلة (ML)، ومعالجة اللغة الطبيعية (NLP)، حيث أشار مدير العمليات ديرك ماكمهون:

“على المدى الطويل، نعتقد أن هناك أملًا كبيرًا لهذا.”

قبل أكثر من عقد من الزمن، استحوذت UnitedHealth (UNH ) Group على Optum، التي تستخدم التقنية والذكاء الاصطناعي لاتخاذ القرارات والتحليل التنبؤي. في أرباح الربع الرابع، أبلغت الشركة عن زيادة بنسبة 24.2٪ في إيرادات قسم Optum لتصل إلى 59.5 مليار دولار. قبل بضع سنوات، أطلقت الشركة منصة علاج رقمي من المستوى 2 لمرضى السكري ودمجت أيضًا منصة مساعدة افتراضية لتحسين دعم العملاء.

مع قيمة سوقية تبلغ 473.32 مليار دولار، تُتَجَارَة أسهم UnitedHealth Group حاليًا عند 511.74 دولار، بانخفاض 2.8٪ منذ بداية العام (YTD). سجلت الشركة إيرادات (TTM) قدرها 317.62 مليار دولار و EPS (TTM) يبلغ 23.85 ونسبة السعر إلى الأرباح (P/E) (TTM) تبلغ 21.46.

أفكار ختامية

ظهر CRISPR كتقنية تعديل جينوم بسيطة وسريعة لها إمكانات كبيرة في علاج الاضطرابات الجينية. ومع ذلك، لا تزال هناك تحديات مثل التكاليف العالية وتعديل غير مستهدف، مما يستدعي الحاجة إلى تحسين كفاءة التعديل مع ضمان السلامة.

إلى جانب CRISPR، يُعد الذكاء الاصطناعي تقنية أخرى تُغيّر وجه الرعاية الصحية بفضل قدرته الفريدة على التعرف على الاتجاهات. معًا، يفتح الذكاء الاصطناعي وتقنية CRISPR آفاقًا مثيرة لفهم الجينات بسرعة وتحسين العلاجات الطبية للأمراض الجينية.

انقر هنا لتتعرف على أفضل شركات CRISPR للاستثمار فيها.