Исследователи из США создали нейросеть, которая редактирует гены
Исследователи разработали систему искусственного интеллекта, которая позволяет оценивать, насколько эффективно “нобелевская” система редактирования генома CRISPR/Cas будет воздействовать на РНК. Применение этой нейросети позволит снизить число “промахов” при манипуляциях уровнем активности генов в клетках.
Учеными был разработан подход, который позволяет использовать геномный редактор CRISPR/Cas для изменения структуры произвольных нитей матричной РНК. Созданная исследователями нейросеть TIGER позволяет подбирать варианты использования редактора, сочетающие эффективное редактирование РНК и низкую вероятность “захвата” других генов.
Система CRISPR/Cas представляет собой своеобразный генетический антивирус, который находит и уничтожает следы вирусной ДНК в геноме микроба. Ее открытие привело к созданию множества геномных редакторов на базе системы CRISPR/Cas и похожих на нее клеточных систем, способных редактировать не только молекулы ДНК, но и РНК. В частности, подобным свойством обладает белок Cas13, присутствующий в клетках некоторых разновидностей микробов.
Как отмечают исследователи, создание вариаций CRISPR/Cas, способных редактировать молекулы РНК, открыло для ученых возможность гибко управлять активностью генов в отдельных клетках, не затрагивая при этом структуры их генома. Для этого достаточно внести изменения в структуру нитей так называемой матричной РНК, которая представляет собой “рабочие копии” отдельных генов, которые клетки используют для синтеза белков.
Широкому использованию подобных технологий пока мешает то, что во многих случаях система CRISPR/Cas вносит изменения не только в РНК-копию того гена, работой которого ученые пытаются манипулировать, но и в похожие на него другие вариации матричной РНК. Это мешает изучению функций генов и разработке терапий, которые нормализуют работу одного конкретного гена.
Вессельс и его коллеги разработали нейросетевой алгоритм, который позволяет подобрать такую структуру РНК-“шаблонов”, используемых системой CRISPR/Cas для поисков редактируемых копий генов, которая минимизирует вероятность ее случайного срабатывания. Для ее разработки ученые исследовали структуру и проследили за уровнем активности свыше 200 тыс. случайно созданных РНК-“шаблонов”, введенных внутрь человеческих клеток.
Математики и молекулярные биологи использовали собранные в ходе этих опытов данные для обучения созданной ими нейросети TIGER, которая способна не только подбирать оптимальную структуру РНК-шаблонов, но и предугадывать то, как их введение в клетку совместно с белком Cas13 или его аналогами будет влиять на уровень активности того гена, работой которого ученые пытаются управлять.
Авторы отмечают, что эту особенность TIGER можно будет использовать не только для изучения функций клеток, но и для создания терапий, нацеленных на лечение болезней, связанных с аномально высоким или низким уровнем активности определенных генов. К их числу относятся некоторые виды шизофрении, синдром Дауна и болезнь Шарко-Мари-Тута, приводящая к постепенной потере человеком способности управлять своими мышцами.
Источник: nauka.tass.ru
