創薬・医療研究の新たな可能性を切り拓く量子機械学習モデル「QTFPred」を発表

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BlueMemeと九州大学、量子AIを活用した先進的ゲノム解析技術の研究成果が国際学術誌に掲載

2025-12-02 九州大学

株式会社BlueMemeと九州大学・生体防御医学研究所 長﨑研究室は、量子AIを活用した新規ゲノム解析モデル「QTFPred」を開発し、その成果が国際学術誌 Briefings in Bioinformatics に掲載された。QTFPredは量子計算原理を導入した独自AIで、実験データが少ない転写因子についても高精度なDNA結合予測を可能にする点が特徴である。ヒト細胞の公開データを用いた検証では、既存AIより高い予測性能を示し、データ不足条件でも安定した精度を保持した。さらに、複数の転写因子が協調してDNAに結合する新たなパターンも明らかとなり、生命現象の理解深化や創薬研究への応用が期待される。長﨑教授は、量子機械学習の発展に向けた大きな一歩であり、細胞特異的な転写因子解析の課題を克服する新アプローチとして意義を強調している。

創薬・医療研究の新たな可能性を切り拓く量子機械学習モデル「QTFPred」を発表

<関連情報>

QTFPred: 塩基分解能で主要および協調的転写因子の結合を予測する堅牢な高性能量子機械学習モデリング QTFPred: robust high-performance quantum machine learning modeling that predicts main and cooperative transcription factor bindings with base resolution

Taichi Matsubara,Shuto Machida,Samuel Papa Kwesi Owusu ,Akihiro Asakura ,Hiroki Hashimoto,Masanori Matsuoka,Masao Nagasaki

Briefings in Bioinformatics  Published:26 November 2025

DOI:https://doi.org/10.1093/bib/bbaf604

Abstract

Deep learning has become an essential tool for identifying transcription factor (TF) binding sites, yet conventional approaches often struggle with limited training data for specific TFs. Here, we introduce QTFPred (Quantum-based TF Predictor), a quantum-classical hybrid framework that integrates quantum convolutional layers within neural networks to predict TF binding at base resolution. By leveraging the exponential feature space offered by quantum circuits and training from scratch via GPU simulation, QTFPred achieves robust performance even in data-sparse scenarios. In benchmarks on 49 Encyclopedia of DNA elements ChIP-seq datasets, QTFPred delivered state-of-the-art accuracy in 92% of binary prediction and 96% of signal prediction tasks, outperforming conventional models in precision and stability. Moreover, the method reveals underlying TF motif representations, offering insights into cooperative binding mechanisms. These results highlight the potential of quantum machine learning to overcome the limitations of traditional deep learning in genomics modeling.

細胞遺伝子工学
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