Gene sind die Baupläne des Lebens: sie bestimmen, wie Pflanzen, Tiere oder Mikroorganismen wachsen, sich entwickeln und Stoffe produzieren. Um Nutzpflanzen zu verbessern, neue Rohstoffe nachhaltig herzustellen oder Ökosysteme besser zu verstehen, ist es entscheidend, diese Baupläne genau zu kennen. Bislang war das Erkennen der Gene in neu entschlüsselten Genomen ein langwieriger Prozess, der oft Monate dauerte und umfangreiche Laborarbeiten oder Daten über verwandte Arten erforderte.

Ein Forschungsteam hat nun das KI-Tool Helixer entwickelt, das diese Hürde beseitigt: Die Software identifiziert Gene direkt aus der DNA, einschließlich wichtiger Abschnitte wie kodierender Regionen für Proteine oder Bereiche, die regulatorische Funktionen haben, ganz ohne Laborversuche. Helixer funktioniert für Pflanzen, Pilze, Insekten und Wirbeltiere und erreicht eine Genauigkeit, die mit aufwendig erstellten Referenzdaten vergleichbar ist.

Schnellere Einblicke in das Erbgut

Helixer kombiniert Deep Learning mit einem bestimmten bioinformatischen Modell, um vollständige Genstrukturen zuverlässig vorherzusagen. Forschung und Anwendungen lassen sich so deutlich beschleunigen: Neue Pflanzen, biotechnologische Produkte oder Umweltanalysen können direkt auf Basis der Geninformationen entwickelt werden. Selbst in gut erforschten Modellpflanzen wie Arabidopsis thaliana fand Helixer zuvor unbekannte Gene, die für Züchtung oder Forschung relevant sind.

Offene Software für Forschung und Industrie

Helixer ist als Open-Source-Software verfügbar und kann lokal oder über eine Weboberfläche genutzt werden. Entwickelt wurde es vom Forschungszentrum Jülich und der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, unterstützt durch das vom Bundesforschungsministerium geförderte deutsche Netzwerk für Bioinformatik-Infrastruktur (de.NBI). Interessanterweise sind die Forschenden mit Helixer der kürzlich veröffentlichten KI AlphaGenome von Google zuvorgekommen und bieten eine vollständig offene Alternative. Damit schafft das KI-Tool eine schnelle und verlässliche Grundlage für die Nutzung genetischer Informationen und unterstützt die Bioökonomie, indem es Erkenntnisse aus der Genomforschung direkt für Forschung, Landwirtschaft und biotechnologische Anwendungen verfügbar macht.

hb