Google DeepMind、90億人DNA変異の分子影響予測Atlasを公開

Google DeepMind は、ヒトゲノム内のすべての可能な単一ヌクレオチド変異の分子効果に関する事前計算予測を収録した「AlphaGenome Atlas」を発表しました。これはおよそ 90 億個の一文字置換に相当します。

今回の発表では、予測される影響度に基づいて変異をランク付けする単一の数値スコアである「AlphaGenome Variant Impact (AVI) スコア」、変異ごとの特徴寄与度（feature attributions）、そしてゲノム全体にわたるモチーフコレクションも同時に公開されています。このリソースは、学術利用向けの無料 Web ポータル、AlphaGenome API、および Google Antigravity 上のスキルとして提供されます。

実用化は部分的に進んでいます。Atlas は現在、非営利の研究目的であればポータルと API を通じて照会可能です。一方、Google Cloud における商用アクセスについては「近日公開予定」とされています。基盤となる AlphaGenome モデル自体は、すでに学術利用向けに GitHub で、商用利用向けには Google Cloud の Model Garden で利用可能です。

1 つのモデルからゲノム全体へのマップへ

2025 年 6 月に発表された AlphaGenome は、DNA 変異が遺伝子発現や RNA スプライシングといった分子プロセスにどのような変化をもたらすかを予測するものです。これまで広く利用されてきましたが、常に一度に 1 つの変異または 1 つの領域に限られていました。

Atlas はこの「作業単位」を変えます。DeepMind のチームは AlphaGenome を全 90 億個の単一ヌクレオチド変異に対して実行し、その出力を保存しました。これにより、1 ペタバイト規模のデータセットが生成されました。これは、2 億件以上のタンパク質構造予測を保持する「AlphaFold Database」の 30 倍以上の規模です。

90 億もの変異をすべて実験室で検証することは現実的ではなく、候補となるそれぞれの変異に対して大規模モデルを都度実行するのでは、ゲノム規模の研究には時間がかかりすぎます。しかし、解釈情報を付与した参照表（ルックアップテーブル）を用意することで、これらのボトルネックは解消されます。

アトラスの構成内容

このアトラスでは、4 つの相互に関連するリソースが提供されています。

分子効果予測：各変異に対して数千件の予測値を出力します。これらはヒトやマウスの数百種類の細胞・組織における遺伝子制御の多様な側面を網羅しています。

AVI スコア：各変異に対する影響度を表す単一の数値です。AlphaGenome の調節機能に関する予測と、タンパク質を変化させる変異を対象とした DeepMind 社のモデル「AlphaMissense」を組み合わせて算出されます。そのため、ゲノムの約 2% を占めるコード領域だけでなく、残りの 98% にあたるノンコーディング領域でも機能します。

AVI 特徴量アトリビューション：各スコアは、クロマチンアクセシビリティ、スプライシング、保存性など解釈可能なカテゴリごとの寄与度（加法分解）に分解されます。これにより、研究者は特定の変異がどのプロセスを阻害すると予測されているかを直感的に把握できます。

DNA 配列モチーフ：転写因子結合サイトを含むゲノム上の位置情報とともに、2,500 種類以上の反復出現する短鎖配列のカタログです。

DeepMind チームによると、AVI スコアは多くのバリアント病原性評価や希少疾患ベンチマークにおいて、現状最高クラスの性能を発揮します。詳細なベンチマークデータについては技術レポートをご参照ください。

AlphaGenome アトラス解説

DNA の文字（ヌクレオチド）をタップすると、AlphaGenome Atlas がその文字に対してどのような解析を行うかを確認できます。

このアトラスには、ヒトゲノム内の 90 億個の一塩基多型（SNV）すべてに対する事前計算済みの予測値が既に格納されています。以下のデモでは、単一の検索結果がどのように表示されるかを確認できます。

1. 塩基の突然変異

任意の文字をクリックして置換します。コード領域の塩基は AlphaMissense のタンパク質用語を取得し、非コード領域の塩基は AlphaGenome のみによって評価されます。

コーディング（2%）非コーディング（98%）

AlphaGenome 変異インパクト（AVI）スコア：0.00

選択された変異なし。

RNA スプライシング：0.00

遺伝子発現：0.00

クロマチンアクセシビリティ：0.00

保存性：0.00

タンパク質（AlphaMissense）：0.00

※数値は例示です。棒グラフは、アトラスが 1 つの AVI スコアを相加的な特徴寄与にどのように分割するかを示す模式図です。実際の数値は本ウィジェットではなく、アトラスポータルから取得されます。

1. アトラスの構築プロセス

ステップ 1：効果の事前計算

ステップ 2：AVI スコアへの集約

ステップ 3：スコアの寄与分析

ステップ 4：モチーフのマッピング

90 億変異 → AlphaGenome → 数千種類の分子効果 → AVI スコア → 寄与分析と 2,500 以上のモチーフ

• 評価済み一塩基多型数：0
• データセット規模：AlphaFold Database の約 30 倍
• UK バイオバンクの 54,000 人以上のゲノムで発見された非コード領域との関連性：多数
• カタログ化された反復 DNA モチーフ数：多数

出典：Google DeepMind、AlphaGenome Atlas 発表（2026 年 9 月 8 日）。臨床利用には使用できません。制作：Marktechpost

外部協力機関による初期結果

本アトラスのローンチ前に 3 つの研究グループが利用し、その成果がこの発表の根拠となっています。

希少疾患: ブロード研究所のローラ・コビルとアン・オドネル＝ルリアは、GREGoR コンソーシアムと協力し、AVI スコアを用いて従来の分析で見落とされていた変異を再評価しました。その結果、てんかん性脳症と強く関連する DNM1 遺伝子の変異が浮上しました。AlphaGenome の予測モデルはこの現象のメカニズムを示しています。この変異は誤ったスプライスサイトを作り出し、結果として生成されるタンパク質を異常に延長させるのです。実験的なスクリーニングがこの予測を検証し、同様の効果を持つ周辺の変異も発見しました。

集団遺伝学: エクセター大学の医学研究評議会フェローであるガレス・ホークスは、このアトラスを 54,000 人以上の UK バイオバンク参加者の全ゲノムデータに適用しました。予測される分子効果に基づいて希少変異をグループ化することで、通常では検出できない非コード領域との関連性を 22% 多く発見し、PLA2G7 や EGLN1 といったタンパク質の循環レベルを駆動する調節性変異を特定しました。さらにアトラスが最も影響力があると評価する非コード変異の上位 1% に絞り込むことで、BMI と関連するゲノム領域 19 を同定できました。

調節性の文法: スターワーズ医学研究所のジュリア・ツァイトリンガーとメロニー・ヴェーラートは、モチーフリソースを用いて、DNA のアクセシビリティのみを変化させる転写因子と、遺伝子のオンオフを切り替える転写因子を区別しました。

キーポイント

AlphaGenome アトラスは、1 ペタバイトのデータセット内で、90 億個あるヒトの一塩基多型（SNV）すべてに対する分子効果を事前計算しています。

AVI スコアは、コーディング領域およびノンコーディング領域のバリアントを統合し、1 つのランク付け可能な数値として AlphaGenome と AlphaMissense を結合します。

Feature attributions（特徴量帰属）と 2,500 種類以上のモチーフが提示されることで、単にスコアが高いという事実だけでなく、なぜそのバリアントが高スコアとなるのかを説明します。

共同研究チームは、UK Biobank の 54,000 人以上のゲノムデータから、検証済みの DNM1 スプライスバリアントと、22% 増のノンコーディング関連性を発見しました。

学術利用向けの無料ポータルおよび API を本日公開しています。Google Cloud を介した商業利用へのアクセスは近日提供予定ですが、現時点では臨床承認は得られていません。