Редактирование генов уже сегодня решает фундаментальные проблемы в сельском хозяйстве, биотехнологиях и в сфере здравоохранения. Недавно компания Profluent предоставила OpenCRISPR-1 — первый в мире генный редактор, созданный с помощью искусственного интеллекта.
Сейчас для редактирования генов используется технология CRISPR/Cas9. С её помощью можно изменять практически любые гены и делать хромосомную перестройку. Эти свойства широко используются даже в лечении онкологических заболеваний. Что такое CRISPR?
Попытаюсь объяснить, как работает CRISPR не углубляясь в химию с биологией. Технология была открыта в 1987 году во время изучения кишечной палочки Escherichia coli. Ученые обнаружили в её ДНК странные повторяющиеся последовательности, но не смогли выяснить их предназначение. После, когда такие же фрагменты были найдены в других бактериях, им дали название CRISPR — Clustered Regular Interspaced Short Palindromic Repeats (короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами).
В 2007 году выяснилось, что CRISPR являются частью иммунной системы бактерий. Бактерии производят специальные ферменты, когда пытаются бороться с вирусами. Если вирус удается убить, то бактерия разрезает их генетический материал и сохраняет его, как раз в виде CRISPR. Это помогает бороться с будущими вирусными атаками. Бактерия использует сохраненный генетический материал и производит белки Cas9, которые способны при совпадении генов с геном вируса быстро его нейтрализовать.Принцип работы CRISPR
В 2011 году биологи стали подробнее изучать механизм работы CRISPR и выяснили, что Cas9 также способен взаимодействовать и с искусственной РНК. По той же схеме, белок ищет совпадающий генетический материал и разрезает его вне зависимости от того, принадлежит он бактерии, животному или человеку. Также удалось доказать, что CRISPR можно использовать не только для удаления генов, но и для их замены.
Сейчас CRISPR широко применяется в разных областях. Например, в сельском хозяйстве технологию используют для изменения свойств продуктов: можно удалить из арахиса ген, который вызывает аллергическую реакцию, можно создавать необычные сорта. Ученые даже занимались созданием комаров, не способных переносить малярию. Подробнее про применение CRISPR можно почитать здесь.Как AI может повлиять на CRISPR?
Редакторы генов, основанные на технологию CRISPR и полученные из микробов, хоть и являются важным и незаменимым инструментом, часто демонстрируют значительные функциональные недостатки, особенно при переносе в чужеродную среду, например в клетки человека. Компания Profluent считает, что основанный на AI-технологиях генный редактор OpenCRISPR представляет собой мощную альтернативу, которая позволит обойти различные ограничения и даст возможность создавать оптимальные свойства.
Используя большие языковые модели (LLM), обученные работе с биологическим разнообразием, мы демонстрируем успешное и максимально точное редактирование генома человека с помощью программируемого редактора генов, разработанного с использованием искусственного интеллекта. (с) Profluent
Для создания OpenCRISPR-1 был собран набор данных из более чем миллиона CRISPR-последовательностей. Это удалось благодаря систематическому анализу 26 терабаз собранных геномов и метагеномов. С помощью AI появилась возможность генерировать в 4,8 раза больше белковых кластеров, чем существует в природе.
Некоторые из созданных с помощью искусственного интеллекта редакторов генов демонстрируют сравнимую или улучшенную активность. Компания выложила OpenCRISPR-1 в открытый доступ, чтобы способствовать развитию технологии и её использованию в научных исследованиях и коммерческих проектах.
Статью с научным исследованием можно почитать тут.Структура белкового комплекса, созданного с помощью OpenCRISPR-1
OperCRISPR-1 способен:
Оптимизировать сразу несколько свойств, что может быть полезно при создании коммерческих проектов, ведь делает генную модификацию более быстрой и дешевой.
Предоставить доступ к еще большему разнообразию. С помощью AI появилась возможность экстраполировать на новые белковые пространства, которые еще не были освоены, тем самым выходя за рамки природных белков.
Активировать новые функции, ранее не доступные ученым.Клетки человека, гены которого были изменены с помощью OpenCRISPR-1
Внедрение ИИ в технологии редактирования генов открывает новые горизонты для научных исследований. OpenCRISPR-1, разработанный Profluent, представляет собой прорыв в области и обещает значительное ускорение процесса генной инженерии, уменьшение его стоимости и расширение возможностей модификации организмов. Общедоступность этого инструмента определенно поспособствует более широкому распространению и совершенствованию технологии CRISPR, что приведет к новым открытиям и достижениям в области. Перед наукой открываются безграничные возможности, и мы можем ожидать значительных продвижений в области медицины и биотехнологий в ближайшем будущем.
Репозиторий с системой OpenCRISPR можно посмотреть здесь.
Источник новости: habr.com
