Исследователи разработали новую методологию на основе искусственного интеллекта (ИИ) для повышения точности инструментов генного редактирования, значительно уменьшая нежелательные изменения в генетическом материале.
Применение ИИ в генном редактировании
Эта технология, описанная в статье в журнале Nature, использует ИИ для перепроектирования генных редакторов и смягчения внецелевых изменений, что является одной из самых больших проблем этой науки. Генное редактирование — это процедура, позволяющая ученым изменять, вставлять, удалять или заменять последовательности оснований в ДНК живых организмов. Ее применение охватывает от коррекции мутаций, связанных с заболеваниями, до разработки более совершенных сельскохозяйственных культур.
Инструменты, такие как CRISPR, действуют как «молекулярные ножницы», локализуя специфические точки в геноме для выполнения этих модификаций. Однако даже при существующей точности метод сталкивается с ограничениями, поскольку редакторы иногда могут изменять неправильные сегменты ДНК или даже РНК, что приводит к непреднамеренным изменениям.
Выявление ошибок с помощью вычислительной платформы
Для борьбы с этой проблемой ученые из Китая разработали платформу под названием ContactSeek, управляемую ИИ. Эта система использует программу AlphaFold3 — инструмент, предназначенный для прогнозирования интенсивности взаимодействия различных биологических молекул. Когда генный редактор вводится в клетку, он должен связываться со специфической последовательностью ДНК. AlphaFold3 рассчитывает вероятность того, что аминокислоты белка, ответственного за редактирование, установят контакт как с целевой ДНК, так и с направляющей РНК, которая направляет инструмент в нужное место.
Платформа затем сравнивает эти вероятности между желаемыми и теми местами, которые не должны изменяться, что позволяет определить, какие компоненты генного редактора вызывают случайные модификации. Исследователи отмечают, что эта стратегия отличается от традиционного подхода, который фокусируется на анализе трехмерных структур редактора и молекул ДНК. Ученые заявили, что ContactSeek предлагает «вычислительный подход для повышения специфичности геномных редакторов», добавив, что «вероятность контакта является более чувствительным результатом, чем прогнозируемая 3D-структура, для различения дифференциальных взаимодействий».
Результаты и дальнейшие шаги технологии
В проведенных испытаниях исследователи применили ContactSeek к адениновому базовому редактору, используемому для исправления однобуквенных дефектов в ДНК. ИИ проанализировал точки, где редактор вызывал нежелательные изменения, и предложил незначительные структурные корректировки. После внедрения этих модификаций оптимизированная версия редактора смогла снизить внецелевые изменения во всем геноме примерно на 83% для одной из протестированных направляющих РНК. Кроме того, платформа была применена для повышения точности другого типа генного редактора: цитозинового базового редактора на основе фермента Cas12a.
Несмотря на очень положительные результаты, исследователи предупреждают, что ContactSeek еще не готов к клиническому применению. Платформа должна пройти новые испытания на различных типах клеток и с различными геномными мишенями, прежде чем ее можно будет использовать в лечении. Тем не менее, команда ожидает широкого будущего применения технологии, заявляя, что «мы ожидаем, что ContactSeek... будет широко применим к широкому спектру инструментов редактирования ДНК и РНК».
