ШІ навчився точніше редагувати ДНК: що це змінює для науки
Команда вчених зі Шанхаю взяла крихітний білок Fanzor із лісових грибів і за допомогою ШІ перетворила його на суперточний мініатюрний редактор геному enFanzor.
Про це інформує РБК-Україна, посилаючись на дослідження, опубліковане у фаховому журналі Nature Communications.
У чому суть прориву?
Природний білок Fanzor приваблював генетиків своїми масштабами - він удвічі менший за стандартний CRISPR (який складається з понад 1300 амінокислот). Проте в оригінальному вигляді він майже не працював у людських клітинах.
Замість тривалого ручного перебору мутацій науковці довірили роботу комп'ютерній моделі Fanzor-Fitness Predictor.
Нейромережа проаналізувала закономірності у родинних природних білках і без жодних попередніх лабораторних даних відібрала найкращі варіанти точкових замін.
Комбінація з п'яти топових мутацій підвищила ефективність редагування людського гена з 3% до 36% (майже у 12 разів).
Другим етапом стало зменшення "навігатора" системи - гід-РНК, яка веде білок-ніж до потрібної ділянки ДНК. Вчені відмовилися від створення молекули з нуля, натомість знайшли у ДНК того ж гриба схожі залишкові послідовності.
Трансформація навігаційної системи:
Оригінальна гід-РНК мала довжину 350 нуклеотидів ("літер"), була занадто громіздкою для транспортування вірусом і дорогою для виробництва.
Модифікована гід-РНК: після ШІ-фільтрації та незначного зміцнення структури довжину вдалося скоротити до 75 літер (зменшення майже на 80%).
Стиснення провідника дало неочікуваний побічний ефект: enFanzor почав працювати значно точніше, практично ліквідувавши "позацільові" помилкові розрізи у геномі.
Крім того, коротка гід-РНК дозволила вперше створити на базі Fanzor ефективний базовий редактор - інструмент для делікатного переписування однієї літери ДНК без розриву самого ланцюга (точність точкового виправлення зросла з 7% до 33%).
Успішні випробування enFanzor на стовбурових клітинах та ембріонах
Новий редактор довів свою конкурентоспроможність, на рівних змагаючись зі стандартним CRISPR, а у 22 з 24 випадків обійшов інші чинні мініатюрні аналоги. Справжню силу технологія продемонструвала під час тестів на живих біологічних моделях.
Результати практичних тестів enFanzor:
Стовбурові клітини людини: інструмент успішно відредагував майже 50% клітин крові, націлившись на генетичний перемикач, що відповідає за спадкові захворювання (наприклад, тяжку таласемію).
Дика, немодифікована версія білка Fanzor у цьому ж тесті ледве досягала 1%.
Ембріони мишей: вчені ввели enFanzor для блокування гена пігментації. Результат перевершив очікування - ефективність перевищила 90%, і на світ з'явилося потомство з 12 повністю білих мишенят, кожне з яких отримало генетичну зміну.
Вчені переконані: тепер комп'ютерні моделі можуть за лічені дні модернізувати сотні інших малоефективних природних білків, перетворюючи їх на компактні ліки проти важких генетичних хвороб, які буде легко доставляти в організм пацієнтів.