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.

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%).

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.

Ще більше цікавого:

• Людство створює "моноліт Судного дня": що відомо про проєкт Rouser Lab
• Ноїв ковчег для ДНК: як людство збереже геноми вимираючих видів