利用深度学习深入洞察体细胞突变

NVIDIA Parabricks 扩大了 NVIDIA 利用深度学习解决基因组学挑战的范围，持续推动基因组学仪器的发展。NVIDIA Parabricks v4.3.1 在欧洲人类遗传学会（ESHG）上发布，其加入了新的体细胞数据变异检测功能，并将业内领先的工具升级到最新版本。这个版本是继在 NVIDIA GTC 2024 大会上发布 Parabricks v4.3 之后推出的新版本。

新功能如下：

• 在短读测序中添加对谷歌 DeepSomatic 的支持

• DeepVariant（1.6.1）和 Minimap2（v2.26）的升级版本

• 基于上一版本 Parabricks 4.3 的基准测试

图 1. 适用于基因组分析的 NVIDIA AI 和 GPU 加速软件套件

基因组分析中的变异识别

变异识别是基因组分析中高通量测序的关键组成部分。它能让科学家在种系和体细胞研究流程中识别全基因组、外显子组和基因面板的变异，从而更好地了解疾病和潜在的治疗方法。

但变异识别是一个耗时耗力且需要耗费大量计算资源的过程，尤其是全基因组测序。仅序列比对和变异检测就需要有足够的带宽将研究序列与参考基因组进行比对，然后才能检测插入或删除等变异。

因此，业界开发了专门的算法和工具来加快变异识别，使研究人员能够更快、更准确地完成关键步骤。

适用于种系数据的 DeepVariant

种系变异又称种系突变，发生在生殖细胞中，由父母任何一方遗传。DeepVariant 已在 NVIDIA Parabricks 中提供，用于 GPU 加速的种系变异检测。目前，在最新的 Parabricks 4.3.1 版本中，该工具已升级到 1.6.1 版本。

DeepVariant 是最受欢迎的变异检测工具之一。这款由谷歌开发的基于深度学习的变异检测工具能够精准检测各种变异并有效分析大型数据集，尤其适用于降低假阳性和检测传统变异检测器经常遗漏的变异。此外，DeepVariant 是一款开源工具，任何想要使用它的人都可以访问。

适用于体细胞数据的 DeepSomatic

体细胞变异或体细胞突变发生在受孕之后，不会影响非生殖细胞（卵细胞或精细胞）。与种系变异不同，体细胞变异不会遗传，而且是随机发生的。

DeepSomatic 相当于适用于体细胞数据的 DeepVariant。就像 DeepVariant 是 GATKs HaplotypeCaller 种系检测工具的深度学习版本，DeepSomatic 是 GATKs Mutect2 体细胞检测工具的深度学习版本。

DeepSomatic 与适用于种系检测的 DeepVariant 有着相似之处，例如更高的变异检测精度和开源可用性等，不过它是专为体细胞数据构建的。最新的 Parabricks 4.3.1 版本支持采用 DeepSomatic 进行短读数测序，并且能够利用 GPU 加速功能进行体细胞变异检测。

图 2. DeepSomatic 变异检测

Element Biosciences 信息学高级副总裁 Francisco Garcia 博士解释说：“像 DeepSomatic 这样的高精度深度学习工具对于推动基因组学研究和加深我们对体细胞变异的理解至关重要。将其与 Element 的支持 Q50 的高质量 UltraQ 测序技术相结合，能够提供一个强大的高深度癌症基因组分析解决方案。我们十分高兴能够在最新版本的 Parabricks 中使用 GPU 加速的工具。”

图 3. Element BioScience 的 AVITI

NVIDIA Parabricks 中的 Minimap2 v2.26 升级

Minimap2 是一个用于将长读序列与大型参考数据库进行比对的流行工具。即使在插入、删除和倒置时，Minimap2 也能有效比对长测序，因此尤其适用于 PacBio 等分析长读测序数据的测序平台。

最新一次 Minimap v2.26 升级包括改进 RNA 测序数据的剪接比对和优化与长读序列仪器提供商的集成。长读序列仪器提供商 PacBio 将 pbmm2 作为 Minimap2 的一个封装器，用于映射其测序平台产生的长读测序数据。

PacBio 产品管理高级总监 Aaron Wegner 解释说：“最新发布的 Parabricks 包含与 PacBio pbmm2 读取比对器使用相同版本的 minimap2。我十分高兴看到像 NVIDIA 这样的合作伙伴使得我们具有变革性的系统 Revio 能够更轻松、更快速地分析 HiFi 长读数。”

图 4. PacBio 的 Revio

Parabricks 基准测试

除了为每个版本带来新功能和升级之外，NVIDIA 还致力于不断提高仪器、工具和 GPU 的基准性能。

开始使用

借助最新的 4.3.1 版本，进行癌症测序的科学家和研究人员现在可以使用 DeepSomatic 进行短读测序。Parabricks 4.3.1 通过为体细胞变异检测提供易于使用的加速版本，推动了谷歌基于深度学习的方法的发展。

如要立即下载并开始使用，参见 NVIDIA Parabricks：

https://catalog.ngc.nvidia.com/orgs/nvidia/teams/clara/containers/clara-parabricks