合成DNA可以控制细胞的蛋白质产量
的帮助下一个人工智能,瑞典查尔姆斯理工大学的研究员已经成功地设计合成DNA控制细胞的蛋白质产量。技术可以促进疫苗的开发和生产,对严重疾病的药物,以及替代食物蛋白质比今天快得多,大大降低成本。
我们的基因表达是一个过程,基本在所有生物体的功能细胞。简而言之,基因编码DNA转录的分子信使核糖核酸(mRNA),它告诉细胞蛋白质的工厂生产和数量。
研究人员花了很多精力试图控制基因表达,因为它可以,除此之外,导致蛋白质药物的发展。最近的一个例子是信使核糖核酸疫苗Covid-19,指示身体的细胞,产生相同的蛋白质表面的冠状病毒。人体的免疫系统可以学习形成病毒抗体。同样,可以教人体免疫系统失败癌细胞或其他复杂疾病如果理解特定蛋白质的生产背后的遗传密码。
今天大部分的新药是蛋白质,但是生产的技术都是昂贵而缓慢,因为很难控制DNA是如何表达的。去年,查尔默斯的一个研究小组,由Aleksej Zelezniak,系统生物学副教授,迈出了重要一步了解和控制蛋白质的多少是由一个特定的DNA序列。
“首先是能够完全“读”DNA分子的指令。现在我们已经成功地设计自己的DNA,其中包含的指令来控制一个特定的蛋白质的数量”,说Aleksej Zelezniak研究小组的最新重要突破。
DNA分子定做的
新方法背后的原理类似于当一个人工智能生成的脸,看起来像真实的人。通过学习面临选择,是什么样子,AI可以创建全新的但自然面临着。是那么容易修改的脸,例如,说它应该看起来老,或者有不同的发型。另一方面,从头开始规划一个可信的脸,不使用人工智能、更加困难和耗时。同样,研究者的AI已经教会了DNA的结构和管理代码。然后,AI设计合成DNA,很容易修改其监管信息所需的基因表达的方向。简单地说,人工智能被告知需要多少的基因,然后“打印”适当的DNA序列。
“DNA是一个非常漫长而复杂的分子。因此实验极具挑战性改变它通过反复阅读和改变它,然后再次阅读和改变它。这种方式需要多年的研究发现确实能用的东西了。相反,它更有效的让人工智能学习导航DNA的原则。现在否则需要好几年的时间缩短到数周或天”,第一作者说Jan Zrimec生物学研究所的研究员在斯洛文尼亚和过去的博士后Aleksej Zelezniak集团。
研究人员已经开发出他们的方法在酵母酿酒酵母、哺乳动物细胞相似的细胞。下一步是使用人类细胞。研究人员希望他们的进展会影响新的以及现有药物的发展。
“对于复杂疾病或替代蛋白质药物的可持续食物蛋白质可能需要许多年,可以极其昂贵的开发。一些非常昂贵,是不可能获得的投资回报,使他们在经济上不能存活的。与我们的技术,可以更有效地开发和制造蛋白质,这样他们可以销售”Aleksej Zelezniak。
参考:傅Zrimec J, X,默罕默德,等。控制基因表达与深生成设计监管DNA。Nat Commun。2022;13 (1):5099。doi:10.1038 / s41467 - 022 - 32818 - 8
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