AI и CRISPR для точного редактирования генов
Исследователи из Цюрихского университета разработали мощный новый метод точного редактирования ДНК, объединив передовую генную инженерию с искусственным интеллектом. Работа опубликована в Nature Biotechnology.
Техника открывает путь к более точному моделированию человеческих болезней и закладывает основу для терапий следующего поколения.
Редактирование генома с высокой точностью
Учёные из Цюрихского университета (UZH), Гентского университета (Бельгия) и ETH Zurich создали метод, значительно повышающий точность редактирования генома. Инструмент на базе ИИ под названием «Pythia» предсказывает, как клетки будут восстанавливать свою ДНК после разрезания такими инструментами, как CRISPR/Cas9.
«Наша команда разработала крошечные матрицы для репарации ДНК, которые действуют как молекулярный клей и направляют клетку на внесение точных генетических изменений», — говорит ведущий автор Томас Нарт.
Эти шаблоны, спроектированные ИИ, были протестированы в культурах человеческих клеток, где обеспечили высокоточное редактирование и интеграцию генов. Подход также подтвердил свою эффективность на других организмах: лягушках Xenopus и живых мышах, где учёные успешно отредактировали ДНК в клетках мозга.
ИИ учится и предсказывает паттерны репарации ДНК
«Восстановление ДНК следует паттернам; оно не случайно. И Pythia использует эти паттерны в наших интересах», — объясняет Нарт.
Исследователи смоделировали с помощью машинного обучения миллионы возможных исходов редактирования, задав ключевой вопрос: какой самый эффективный способ внести конкретное небольшое изменение в геном, учитывая, как клетка, вероятно, будет восстанавливаться?
Метод позволяет не только изменять отдельные «буквы» генетического кода или интегрировать доставляемый ген, но и флуоресцентно метить определённые белки для наблюдения за их работой в здоровых и больных тканях. Ещё одно преимущество — метод работает во всех типах клеток, включая неделящиеся (например, в мозге).
Основа для разработки точных генных терапий
Pythia названа в честь жрицы-прорицательницы из Дельф. Подобно ей, этот инструмент позволяет учёным с высокой точностью прогнозировать результаты редактирования генов.
«Так же, как метеорологи используют ИИ для предсказания погоды, мы используем его, чтобы прогнозировать, как клетки отреагируют на генетические вмешательства. Такая предсказательная сила необходима, если мы хотим, чтобы редактирование генов было безопасным, надёжным и клинически полезным», — говорит профессор Зёрен Линкамп, старший автор исследования.
Работа создаёт новые возможности для понимания генетических заболеваний и разработки более безопасных и эффективных генных терапий, в том числе для неврологических болезней.