Учёные совершили прорыв в области генного редактирования, создав модель искусственного интеллекта на базе глубокого обучения. Эта модель способна с высокой точностью прогнозировать не только целенаправленное действие, но и побочные эффекты инструмента CRISPR-Cas13, который работает с РНК. Данная технология открывает путь к беспрецедентно точному контролю над экспрессией генов, минимизируя ошибки и нежелательные мутации.
CRISPR-Cas13: инструмент для работы с РНК
В отличие от широко известного CRISPR-Cas9, который редактирует ДНК, система Cas13 предназначена для манипуляций с рибонуклеиновой кислотой (РНК). Она вмешивается в процесс клеточной транскрипции, что позволяет эффективно «отключать» или модифицировать работу конкретных генов, блокируя производство определённых белков. Это открывает огромные перспективы для медицины: от лечения нейродегенеративных заболеваний путём выбора специфических изоформ РНК до борьбы с раком через воздействие на некодирующие транскрипты, которые влияют на рост опухолей. Кроме того, поскольку геном многих вирусов состоит из РНК, Cas13 потенциально может использоваться для предотвращения вирусных инфекций, целенаправленно разрушая их генетический материал.
Ключевая проблема и её решение
Главным вызовом для применения Cas13 оставался точный дизайн направляющих РНК (гРНК), которые и указывают ферменту на цель. Традиционно усилия были сосредоточены на предсказании целевой активности, в то время как прогнозирование побочных, «нецелевых» эффектов — таких как вставки, делеции или несовпадения нуклеотидов — оставалось слабо изученной областью. Между тем, именно такие нецелевые мутации составляют значительную часть всех мутаций в организме и могут привести к серьёзным последствиям при генном редактировании.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Biotechnology, учёные совершили качественный скачок. Они проанализировали активность более 200 000 различных гРНК, создав обширную экспериментальную базу данных. На основе этой информации была обучена модель глубокого обучения под названием TIGER (Targeted Inhibition of Gene Expression via guide RNA design).
Обратите внимание: Пилоты будут контролировать до трех самолетов одновременно … только лишь с помощью мыслей.
Модель TIGER стала первой в своём роде, способной одновременно и с высокой точностью предсказывать как целевую, так и нецелевую активность системы CRISPR-Cas13. Это позволяет учёным проектировать гРНК с оптимальным балансом: максимальная эффективность против намеченной мишени при минимальном воздействии на другие участки генома.Сверхточный контроль экспрессии генов
Для проверки технологии исследователи провели масштабный скрининг, нацелившись на все РНК в человеческих клетках. Модель ИИ, обученная на этих данных, не только делала точные прогнозы, но и благодаря методам интерпретируемого машинного обучения могла объяснить, почему та или иная направляющая РНК будет работать хорошо или плохо.
Но самое впечатляющее — это возможность дозированного контроля. Используя предсказания о нецелевых эффектах, учёные могут не просто полностью «выключить» ген, а тонко модулировать уровень его экспрессии. Например, можно добиться, чтобы ген работал лишь на 70% от своей нормальной активности. Такой подход невероятно важен для лечения заболеваний, связанных с избыточной экспрессией генов, таких как синдром Дауна (трисомия по 21-й хромосоме) или некоторые виды рака, где происходит амплификация (увеличение числа копий) определённых онкогенов.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.