Prelomový vynález vedcov: AI navrhla DNA, ktorá ovláda gény. Zaručí presnejšiu liečbu vážnych ochorení

Španielskym vedcom sa podarilo vytvoriť nečakaný revolučný vynález. Vedci z Centra pre genomickú reguláciu (CRG) v Barcelone vyvinuli nástroj, ktorý využíva umelú inteligenciu (AI) na návrh syntetických fragmentov DNA. Tie dokážu presne regulovať aktivitu génov v zdravých živočíšnych bunkách, informuje portál Živé.sk. 

Technológia predstavuje nový prístup k liečbe genetických ochorení, ktoré sú spôsobené nesprávnou aktivitou génov špecifickou pre určité typy buniek. 

Čo sú enhancery a prečo sú dôležité?

Odborníci sa zamerali hlavne na tzv. enhancery, čo sú krátke úseky DNA, ktoré regulujú zapínanie a vypínanie génov. Namiesto hľadania prirodzene sa vyskytujúcich enhancerov v genóme, vytvorili vlastný model generatívnej AI, ktorý navrhuje nové sekvencie DNA s požadovanými regulačnými vlastnosťami. Také sa v prírode nenachádzajú. 

Syntetické enhancery fungujú ako presné prepínače génov, čo umožňuje jemné doladenie génovej aktivity s minimálnymi nežiaducimi účinkami na zdravé bunky. 

Na to, aby bola ich AI úspešná, vedci museli najprv vytvoriť rozsiahlu databázu obsahujúcu viac ako 64-tisíc syntetických enhancerov. Tieto sekvencie testovali v myších krvných bunkách, pričom sledovali ich vplyv na génovú expresiu počas siedmich štádií vývoja krvných buniek. Zistili, že niektoré enhancery zvyšujú aktivitu génov v jednom type buniek, zatiaľ čo ju v inom type tlmia. Niektoré kombinácie enhancerov dokonca fungovali ako zapínače alebo vypínače génovej aktivity.

Vedci našli kľúč k presnejšiemu využitiu generatívnej biológie

Štúdia publikovaná dnes v časopise Cell opisuje vôbec prvý prípad, kedy generatívna umelá inteligencia navrhla syntetické molekuly schopné úspešne regulovať génovú expresiu v zdravých bunkách cicavcov, informuje Science Daily.

„Možnosti využitia sú obrovské. Je to, ako písať softvér, ale pre biologické systémy – získavame nové spôsoby, ako dávať bunkám príkazy a riadiť ich vývin a správanie s bezprecedentnou presnosťou,“ uviedol Dr. Robert Frömel, hlavný autor štúdie, ktorý pracoval na výskume v CRG v Barcelone.

zdroj: Freepik/freepik

Doteraz sa generatívna biológia zameriavala najmä na návrh nových proteínov, enzýmov a protilátok. Mnohé ochorenia však vychádzajú z nesprávnej génovej expresie špecifickej pre určitý typ bunky, pri ktorých určité lieky nemusia fungovať.

Vedci mohli hľadať vhodné enhancery v existujúcich genómoch, no tým boli obmedzení na to, čo vytvorila evolúcia. Vďaka AI však môžu navrhovať úplne nové enhancery, ktoré presne vyhovujú ich potrebám.

Tieto „prepínače génov“ môžu byť navrhnuté tak, aby fungovali len v konkrétnych bunkách. Takáto presnosť je kľúčová pri terapiách, ktoré sa majú vyhnúť zásahom do zdravých buniek.

Počas piatich rokov tím vytvoril viac ako 64-tisíc syntetických enhancerov – každý z nich bol navrhnutý na testovanie rôznych kombinácií a intenzity väzby na 38 transkripčných faktorov. Ide o najväčšiu doteraz vytvorenú knižnicu syntetických enhancerov v krvných bunkách.

AI dokáže navrhovať DNA s lepším účinkom 

Ako overenie svojho nápadu vedci nechali umelú inteligenciu navrhnúť kúsky umelej DNA, ktoré mali zapnúť konkrétny gén pre svietiaci (fluorescenčný) proteín v určitých bunkách, pričom nemali ovplyvniť žiadne iné gény. Tieto fragmenty vytvorili v laboratóriu a vložili ich do krvných buniek myší. Výsledky ukázali, že fungovali presne tak, ako vedci predpokladali – zapli požadovaný gén bez vedľajších účinkov.

Tento výskum ukazuje, že umelá inteligencia dokáže navrhovať DNA s presne určeným účinkom. Takto by mohli vedci v budúcnosti vyvíjať nové druhy génovej terapie, ktoré by cielene zasahovali len tie bunky alebo tkanivá, kde je to potrebné. To by mohlo znamenať účinnejšiu a zároveň bezpečnejšiu liečbu genetických chorôb.

Čítaj viac z kategórie: Zo sveta