Voorstelling van de dubbele helix van een DNA-streng. Joseluissc3/Wikimedia Commons/CC BY-SA 4.0

VUB en ULB ontwikkelen AI-methode om genetische oorzaken zeldzame ziekten te identificeren

Een team van Belgische onderzoekers heeft een artificiële intelligentie-methode (AI) ontwikkeld om potentiële genetische oorzaken voor zeldzame ziekten te achterhalen op basis van een computeranalyse. Het onderzoek kan nieuwe pistes bieden voor de diagnose van de genetische oorzaken van zeldzame ziektes. Het team, dat onder leiding stond van het 'Interuniversity Institute of Bioinformatics in Brussels' (IB²) van de Université Libre de Bruxelles-Vrije Universiteit Brussel (ULB-VUB), noemt de innovatie een doorbraak. 

Het team heeft een AI-algoritme ontwikkeld dat het mogelijk maakt om via computeranalyse combinaties van genetische varianten of afwijkingen te identificeren die zeldzame ziekten veroorzaken.  De methode kreeg de naam VarCoPP (Variant Combinations Pathogenicity Predictor).

Ongeveer 80% van de zeldzame ziektes zijn genetisch bepaald, en daardoor is het belangrijk voor artsen te voorspellen welke genetische varianten in het genoom - het genetisch materiaal -  van de patiënt de boosdoeners zijn die de ziekte veroorzaken.

Het is al niet eenvoudig te voorspellen welke fout aan de oorzaak ligt als het om slechts één fout gaat, maar voorspellen of een combinatie van fouten in verschillende genen het potentieel heeft om een zeldzame ziekte te veroorzaken, is nog vele malen moeilijker. Dit is nochtans noodzakelijk voor betere diagnoses van verschillende zeldzame ziektes, aangezien in veel gevallen nu maar een fractie van de patienten kan geholpen worden.

En het is net die innovatieve aanpak die het VarCoPP-algoritme biedt, zegt het team in een persmededeling van de VUB.

Het algoritme maakt het mogelijk om in één keer de combinaties van verschillende varianten in genenparen te testen en hun potentiële pathogeniteit - hun vermogen om ziekten te veroorzaken - te voorspellen.

Het team van professor Tom Lenaerts (VUB-ULB) van het ULB-VUB 'Interuniversity Institute of Bioinformatics in Brussels’ (ofwel IB²) had de leiding over het onderzoek, en het algoritme werd samen met professor Guillaume Smits (Centrum voor Menselijke Erfelijkheid van de ULB, Erasmus Ziekenhuis en Universitair Kinderziekenhuis Koningin Fabiola) ontworpen en gebouwd. Dat gebeurde in samenwerking met Yves Moreau en Jan Aerts (Universiteit Hasselt/IMEC/Katholieke Universiteit Leuven), Sonia Van Dooren (Universitair Ziekenhuis Brussel), en Ann Nowé (VUB). Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences of the USA (PNAS)

Een sequentie van de nucleotiden (cytosine [C], guanine [G], adenine [A] of thymine [T]) in DNA. MIKI Yoshihito from Sapporo/Wikimedia Commons/CC BY-SA 2.0

Databank van zeldzame ziekten

De artificiële intelligentie die aan de basis van VarCoPP ligt, wordt aangedreven door een databank van zeldzame ziekten genaamd DIDA (dida.ibsquare.be), die in 2015 werd ontwikkeld door dezelfde onderzoekers. De onderzoekers hebben vervolgens met succes de effectiviteit en betrouwbaarheid van het algoritme getest op 23 ziekteverwekkende combinaties van genen, en voorzien betrouwbaarheidsintervallen van 95 en 99 procent. Dat moet artsen helpen bij het identificeren van de belangrijkste oorzaken.

Het team probeert nu deze resultaten te gebruiken om de genetische oorzaken van zeldzame ziekten in kaart te brengen bij patiënten voor wie eerder geen oorzaak kon worden vastgesteld.

Het team introduceert tevens een nieuw online diagnostisch platform voor onderzoekers en clinici, gebaseerd op het algoritme. Dat platform kreeg de naam 'ORVAL' (Oligogenic Resource for Variant AnaLysis) en wordt beschreven in een tweede publicatie in het tijdschrift Nucleid Acids Research (NAR).

ORVAL en VarCoPP laten toe om combinaties van varianten te bestuderen en zijn onmiddellijk toepasbaar voor zeldzame ziekten, of de genen die ze veroorzaken nu bekend of onbekend zijn, zoals bijvoorbeeld de honderden autisme- of epilepsie-genen, of de 20 genen van het zeldzame Bardet-Biedl syndroom. Dat is een genetische afwijking waarbij bijvoorbeeld blindheid, obesitas en motorische stoornissen optreden en waar verschillende combinaties van genetische varianten mogelijk zijn.