Ένα σημαντικό βήμα προς την επόμενη γενιά της γονιδιακής επεξεργασίας πραγματοποίησαν ερευνητές του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϊ, οι οποίοι αξιοποίησαν την Τεχνητή Νοημοσύνη (AI) για να σχεδιάσουν συνθετικές πρωτεΐνες CRISPR με μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα από τις αντίστοιχες που υπάρχουν στη φύση.

Τα αποτελέσματα της μελέτης δημοσιεύθηκαν στο επιστημονικό περιοδικό "Science".

Η επικεφαλής της έρευνας και Νομπελίστρια Χημείας του 2020, Jennifer Doudna, χαρακτήρισε το επίτευγμα ως μια χαρακτηριστική εικόνα του μέλλοντος της βιολογίας και της τεχνητής νοημοσύνης.

"Χρειαζόμαστε εργαλεία τεχνητής νοημοσύνης για να επιταχύνουμε την έρευνα, όμως εξακολουθούμε να χρειαζόμαστε επιστήμονες που κατανοούν σε βάθος τους μοριακούς μηχανισμούς, ώστε να αξιοποιούμε σωστά αυτά τα μοντέλα", δήλωσε.

Το σύστημα CRISPR-Cas έχει φέρει επανάσταση στη γονιδιακή επεξεργασία, επιτρέποντας στους επιστήμονες να τροποποιούν με εξαιρετική ακρίβεια το DNA ή το RNA. Η τεχνολογία χρησιμοποιεί ένα μόριο οδηγό RNA (guide RNA), το οποίο κατευθύνει ένα ένζυμο – τη λεγόμενη "γενετική ψαλίδα" – σε μια συγκεκριμένη αλληλουχία DNA, όπου πραγματοποιείται η επιθυμητή γενετική παρέμβαση.

Τα ένζυμα Cas9 και Cas12, που χρησιμοποιούνται ευρέως σήμερα, προέρχονται από το φυσικό αμυντικό σύστημα των βακτηρίων απέναντι στους ιούς. Ωστόσο, η λειτουργία τους βασίζεται σε ιδιαίτερα πολύπλοκους μοριακούς μηχανισμούς, γεγονός που καθιστά δύσκολη τη βελτίωσή τους με τις συμβατικές μεθόδους.

Για να ξεπεράσουν αυτούς τους περιορισμούς, οι ερευνητές ανέπτυξαν συνθετικές εκδοχές μικρότερων νουκλεασών, γνωστών ως TnpB, οι οποίες θεωρούνται οι εξελικτικοί πρόγονοι του Cas12.

Αρχικά, ένα μοντέλο τεχνητής νοημοσύνης εκπαιδεύτηκε ώστε, ξεκινώντας από την τελική τρισδιάστατη δομή της πρωτεΐνης, να σχεδιάζει νέες αλληλουχίες DNA που θα διατηρούσαν την ίδια λειτουργία.

Στη συνέχεια, ένα δεύτερο μοντέλο αξιοποίησε μεγάλο όγκο πειραματικών δεδομένων για να αναγνωρίσει ποια τμήματα της πρωτεΐνης μπορούν να τροποποιηθούν χωρίς να επηρεάζεται η βιολογική της δράση.

Οι νέες συνθετικές νουκλεάσες παρουσίασαν σημαντικές διαφορές από τις φυσικές μορφές τους. Σε ορισμένες περιπτώσεις, περίπου το 30% της πρωτεϊνικής αλληλουχίας είχε τροποποιηθεί, ποσοστό ιδιαίτερα υψηλό σε σύγκριση με προηγούμενες εφαρμογές τεχνητής νοημοσύνης, όπου οι μεταβολές δεν ξεπερνούσαν το 1–2%.

Παρά τις εκτεταμένες αλλαγές, τα νέα ένζυμα διατήρησαν πλήρως τη λειτουργικότητά τους.

Δοκιμές σε βακτήρια, φυτά και ανθρώπινα κύτταρα έδειξαν ότι μπορούσαν να επεξεργάζονται το γονιδίωμα με επιτυχία, ενώ ορισμένες συνθετικές εκδοχές αποδείχθηκαν ακόμη πιο αποτελεσματικές από τις φυσικές, τόσο στην εισαγωγή όσο και στην αφαίρεση γενετικών αλληλουχιών.

Η μελέτη καταδεικνύει ότι η τεχνητή νοημοσύνη μπορεί πλέον να σχεδιάζει λειτουργικές πρωτεΐνες που δεν υπάρχουν στη φύση, ανοίγοντας τον δρόμο για την ανάπτυξη νέων και ισχυρότερων εργαλείων γονιδιακής επεξεργασίας.

Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι η προσέγγιση αυτή θα μπορούσε να επιταχύνει την ανάπτυξη πιο ασφαλών και αποτελεσματικών γονιδιακών θεραπειών, να ενισχύσει τη βιοτεχνολογία και να συμβάλει στη δημιουργία νέων εφαρμογών στην ιατρική και τη γεωργία, σηματοδοτώντας μια νέα εποχή στη συνάντηση της τεχνητής νοημοσύνης με τη μοριακή βιολογία.

Προσθέστε το iatronet.gr στο Discover

Ειδήσεις υγείας σήμερα
Σύνδρομο Skeeter και κουνούπια
Novo Nordisk: Ζητεί ασφαλιστικά μέτρα για να μπλοκάρει διαφημίσεις φαρμάκων αδυνατίσματος της Eli Lilly
Πρώτη θεσμική δικαίωση για τις έγκυες και λεχώνες αιρετές της Τοπικής Αυτοδιοίκησης