OpenCRISPR-1: ИИ създаде ензим, който редактира ДНК по-прецизно от SpCas9 и без странични ефекти

ИИ се научи да хаква човешката ДНК и го прави по-чисто от хората.

Изследователи от САЩ представиха първия в света изкуствено създаден CRISPR ензим, реализиран с помощта на генеративен ИИ. Новият протеин, наречен OpenCRISPR-1, ефективно редактира човешката ДНК и потенциално решава няколко проблема, които ограничават използването на традиционните системи CRISPR в медицината – от нежеланите мутации до имунния отговор.

Научната работа е публикувана в Nature. Нейни автори са екип, ръководен от Ричард Руфоло. Техният подход се основава на езикови модели на протеини, подобни на GPT, само че обучени върху милиони аминокиселинни последователности. В процеса на работа те са събрали нова база данни – CRISPR-Cas Atlas, която включва повече от един милион CRISPR-оперона, извлечени от 26,2 трилиона нуклеотидни двойки микробни геноми.

След два етапа на предварително обучение на модела върху 240 000 Cas9 последователности и генериране на 350 000 нови варианта учените са избрали 209 кандидати и са ги тествали в човешки клетки. Най-добрият от тях – OpenCRISPR-1 – показа точност на редактиране на нивото на класическия SpCas9, но с 20 пъти по-малко странични разрези. Освен това неговите мутации са почти идентични с известните варианти, което прави протеина по-малко видим за имунната система.

SpCas9, въпреки успешните си приложения в терапията на сърповидноклетъчната анемия (лекарството на Касгеви получи одобрение от FDA), остава проблематичен: може да се насочи погрешно, предизвиква имунен отговор и е неподходящ за доставка вътре в тялото. Новата разработка обещава да преодолее тези ограничения, особено в случая на in vivo редактиране, когато не е възможно предварително да се модифицират клетките извън тялото на пациента.

Подходът на екипа на Ruffolo се различава от традиционното „инженерно“ проектиране. Вместо точкови мутации, напасване на структурата или търсене сред естествените протеини, те използват генеративен изкуствен интелект, способен да предлага нови протеини от нулата. Това разширява обхвата на възможните решения и излиза извън рамките на естественото разнообразие.

Изследователите подчертават, че основният резултат е не само самият OpenCRISPR-1, но и методологията: предварително обучение на модела върху специализирана база данни, генериране, подбор, филтриране и експериментално валидиране. Подобен цикъл може да се превърне в основа на бъдещото протеиново инженерство: не само в генната терапия, но и при създаването на ензими, антитела и диагностични инструменти.

Следващата стъпка на учените е да се валидира OpenCRISPR-1 върху други гени, в различни тъкани и с различни системи за доставка. Въпреки това вече е ясно, че изкуственият интелект има потенциал не само да ускори биотехнологичните открития, но и да предложи решения, които самата природа не би измислила.