ИИ научился точнее редактировать ДНК: что это меняет для науки
Команда ученых из Шанхая взяла крошечный белок Fanzor из лесных грибов и с помощью ИИ превратила его в суперточный миниатюрный редактор генома enFanzor.
Об этом информирует РБК-Украина , ссылаясь на исследование, опубликованное в профессиональном журнале Nature Communications.
В чем сущность прорыва?
Природный белок Fanzor привлекал генетиков своими масштабами - он вдвое меньше стандартного CRISPR (состоящего из более 1300 аминокислот). Однако в оригинальном виде он почти не работал в клетках человека.
Вместо длительного ручного перебора мутаций учёные доверили работу компьютерной модели Fanzor-Fitness Predictor.
Нейросеть проанализировала закономерности в родственных природных белках и без предварительных лабораторных данных отобрала лучшие варианты точечных замен.
Комбинация из пяти топовых мутаций повысила эффективность редактирования человеческого гена с 3% до 36% (почти в 12 раз).
Вторым этапом стало уменьшение "навигатора" системы - гид-РНК, которая ведет белок-нож к нужному участку ДНК. Ученые отказались от создания молекулы с нуля, но нашли в ДНК того же гриба схожие остаточные последовательности.
Трансформация навигационной системы:
Оригинальная гид-РНК имела длину 350 нуклеотидов ("букв"), была слишком громоздкой для транспортировки вирусом и дорогой в производстве.
Модифицированная гид-РНК: после ИИ-фильтрации и незначительного укрепления структуры длину удалось сократить до 75 букв (уменьшение почти на 80%).
Сжатие проводника дало неожиданный побочный эффект: enFanzor начал работать значительно точнее, практически ликвидировав "внецелевые" ошибочные разрезы в геноме.
Кроме того, короткая гид-РНК позволила впервые создать на базе Fanzor эффективный базовый редактор - инструмент для деликатной переписки одной буквы ДНК без разрыва самой цепи (точность точечной поправки выросла с 7% до 33%).
Успешные испытания enFanzor на стволовых клетках и эмбрионах
Новый редактор доказал свою конкурентоспособность, на равных соревнуясь со стандартным CRISPR, а в 22 из 24 случаев обошел другие действующие миниатюрные аналоги. Подлинную силу технология продемонстрировала во время тестов на живых биологических моделях.
Результаты практических тестов enFanzor:
Стволовые клетки человека: инструмент успешно отредактировал почти 50% клеток крови, нацелившись на генетический переключатель, отвечающий за наследственные заболевания (например, тяжелую талассемию).
Дикая, не модифицированная версия белка Fanzor в этом же тесте едва достигала 1%.
Эмбрионы мышей: учёные ввели enFanzor для блокировки гена пигментации. Результат превзошел ожидание - эффективность превысила 90%, и на свет появилось потомство из 12 полностью белых мышат, каждый из которых получил генетическую смену.
Ученые убеждены: теперь компьютерные модели могут в считанные дни модернизировать сотни других малоэффективных природных белков, превращая их в компактные лекарства против тяжелых генетических болезней, которые будет легко доставлять в организм пациентов.