快速基因编辑由于人工智能成为可能

一个人工智能的程序可以使第一个简单的生产可定制的蛋白质称为锌指通过打开和关闭基因治疗疾病。

格罗斯曼纽约大学医学院的研究人员和多伦多大学的设计工具说它承诺加速大规模基因疗法的发展。

家族黑蒙性白痴病,疾病包括囊性纤维化和镰状细胞性贫血是由于错误的DNA字母的顺序编码为每个人体细胞操作指令。科学家可以在某些情况下纠正这些错误与基因编辑方法,重新排列这些信件。

其他疾病引起,而不是一个错误代码本身,而是由问题如何读取DNA的细胞结构(表观遗传学)。基因,为一个特定的蛋白质,提供配方通常被称为转录因子的合作伙伴与分子告诉细胞蛋白质的多少。当这个过程出错,或不够基因导致糖尿病,癌症和神经系统疾病。因此,研究人员一直在寻找各种方法恢复正常的表观遗传的活动。

这样一个技术是锌指编辑,可以改变和控制基因。在人体中含量最丰富的蛋白质结构,锌指可以通过抓取到scissor-like引导DNA修复酶和指导他们减少错误的代码段。

同样,锌手指还可以钩到转录因子和把它们对一个基因片段需要监管。通过定制这些指令,遗传工程师可以定制任何基因的活动。然而,缺点是人工锌指具有挑战性的设计为一个特定的任务。因为这些蛋白质附着在DNA在复杂的组织,研究人员将需要告诉的无数可能的组合——每一个锌指与邻国对于每一个想要的基因变化。

这项研究的作者的新技术,叫做ZFDesign,克服了这一障碍,通过人工智能(AI)模型和设计这些交互。生成的模型是基于数据屏幕近500亿种可能的锌finger-DNA交互的研究人员的实验室。报告工具发布在线杂志1月26日自然生物技术。

“我们的程序可以识别正确的分组的锌指任何修改,使这种类型的基因编辑比以前任何时候都要快,”研究报告的主要作者大卫Ichikawa说,前纽约大学Langone研究生博士的健康。

川指出锌指编辑提供了一个潜在的更安全的替代CRISPR,一个关键基因编辑技术与应用,从寻找新的方法来杀死癌细胞设计更滋养作物。与完全来自人体锌手指,CRISPR代表定期聚集空间短回文重复,依赖于细菌蛋白质与基因代码进行交互。这些“外国”蛋白会引发患者的免疫防御系统,它可以攻击他们像其他感染和炎症导致危险。

该研究的作者补充说,除了构成免疫风险较低,体积小的锌指工具还可以提供更灵活的基因治疗技术与CRISPR通过使更多的方式交付正确的细胞在患者的工具。

”加速锌指设计加上他们较小的尺寸,我们的系统为使用这些蛋白质控制铺平了道路多个基因同时,“研究高级作者马库斯·诺伊斯说,博士学位。“未来,这种方法可能有助于正确的疾病有多个遗传原因,如心脏病、肥胖、和许多自闭症病例。”

测试计算机的人工智能设计代码,诺伊斯和他的团队使用一个定制的锌指破坏人类细胞的基因编码序列。此外,他们建造了几个成功重组的锌指转录因子结合附近上下目标基因序列,将其表达式,证明他们的技术可以用于表观遗传变化。

诺伊斯,助理教授在生物化学和分子药理学在纽约大学Langone警告说,虽然有前途,锌手指很难控制。因为他们并不总是特定于单个基因,一些可以影响DNA序列组合超越一个特定的目标,导致意想不到的改变遗传密码。

因此,诺伊斯说,小组下一步计划改进他们的人工智能程序,这样就可以构建更精确的锌指分组,只有提示所需的编辑。诺伊斯也是纽约大学Langone系统遗传学研究所的成员。

参考:川DM, Abdin O, Alerasool N, et al。一个普遍的锌指深度学习模型设计使转录因子重组。生物科技Nat》。2023年。doi:10.1038 / s41587 - 022 - 01624 - 4

本文从以下转载材料。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。