ИИ и CRISPR: точное редактирование генов

от

Исследовательская группа под руководством Университета Цюриха разработала новый мощный метод точного редактирования ДНК, объединив передовые достижения генной инженерии с искусственным интеллектом. Работа [опубликована](https://www.nature.com/articles/s41587-025-02771-0) в журнале Nature Biotechnology.

Новая техника открывает возможности

Этот метод открывает двери для более точного моделирования заболеваний человека и закладывает основу для генной терапии нового поколения. Точное и целенаправленное редактирование ДНК с помощью небольших точечных мутаций, а также интеграция целых генов с помощью технологии CRISPR/Cas имеет большой потенциал для применения в биотехнологии и [генной терапии](https://phys.org/tags/gene+therapy/). Однако очень важно, чтобы так называемые «генетические ножницы» не вызывали непреднамеренных генетических изменений, а сохраняли целостность генома, чтобы избежать побочных эффектов.

ИИ прогнозирует ремонт ДНК

Обычно двухцепочечные разрывы в молекуле ДНК точно восстанавливаются у людей и других организмов. Но иногда этот процесс восстановления концов ДНК приводит к генетическим ошибкам.

Учёные из Университета Цюриха (UZH), Гентского университета в Бельгии и ETH Zurich разработали новый метод, который значительно повышает точность редактирования генома. Используя искусственный интеллект (ИИ), инструмент под названием «Пифия» предсказывает, как клетки восстанавливают свою ДНК после разреза инструментами для редактирования генов, такими как CRISPR/Cas9.

«Наша команда разработала крошечные шаблоны для ремонта ДНК, которые действуют как молекулярный клей и направляют клетку на внесение точных генетических изменений», — говорит ведущий автор Томас Наэрт, который впервые внедрил технологию в UZH и в настоящее время является постдоком в Гентском университете.

Точность и потенциал

Эти шаблоны, разработанные с помощью ИИ, были впервые протестированы в культурах клеток человека, где они обеспечили высокоточное редактирование генов и интеграцию. Подход был также проверен на других организмах, включая Xenopus — маленькую тропическую лягушку, используемую в [биомедицинских исследованиях](https://phys.org/tags/biomedical+research/), и на живых мышах, где исследователи успешно отредактировали ДНК в клетках мозга.

«Репарация ДНК следует закономерностям; это не случайно. И Пифия использует эти закономерности в нашу пользу», — говорит Наэрт. Традиционно, когда CRISPR разрезает ДНК, учёные полагаются на естественные механизмы восстановления клеток, чтобы исправить разрыв. Хотя эти ремонты следуют предсказуемым закономерностям, они могут привести к нежелательным результатам, таким как разрушение окружающих генов.

«Мы смоделировали в массовом масштабе то, что этот процесс репарации ДНК подчиняется последовательным правилам, которые ИИ может изучить и предсказать», — говорит Наэрт.

С помощью этого подхода исследователи смоделировали миллионы возможных результатов редактирования, используя [машинное обучение](https://phys.org/tags/machine+learning/), задавая простой, но мощный вопрос: какой самый эффективный способ внести конкретное небольшое изменение в геном, учитывая, как клетка, скорее всего, будет восстанавливать себя?

Помимо изменения отдельных букв генетического кода или интеграции экзогенно доставленного гена, метод также может быть использован для флуоресцентной маркировки специфических белков. «Это невероятно мощно, — говорит Наэрт, — потому что позволяет нам напрямую наблюдать, что делают отдельные белки в здоровых и поражённых тканях».

Ещё одно преимущество нового метода — он хорошо работает во всех клетках, даже в органах, где нет клеточного деления, например, в мозге.

Пифия названа в честь верховной жрицы оракула в храме Аполлона в Дельфах в древности, к которой обращались для предсказания будущего. Аналогично этот новый инструмент позволяет учёным прогнозировать результаты редактирования генов с поразительной точностью.

«Так же, как метеорологи используют ИИ для прогнозирования погоды, мы используем его для прогнозирования того, как клетки будут реагировать на генетические вмешательства. Такая предсказательная способность необходима, если мы хотим, чтобы редактирование генов было безопасным, надёжным и клинически полезным», — говорит Сорен Линкамп, профессор Института анатомии UZH и ETH Zurich и старший автор исследования.

«Что нас больше всего волнует, так это не только сама технология, но и возможности, которые она открывает. Пифия объединяет крупномасштабное ИИ-прогнозирование с реальными биологическими системами. От культивируемых клеток до целых животных этот тесный цикл между моделированием и экспериментами становится всё более полезным, например, в точной генной терапии», — добавляет Линкамп.

Эта работа создаёт новые возможности для понимания генетических заболеваний и разработки более безопасных и эффективных методов генной терапии, в том числе для неврологических заболеваний.

Предоставлено [Университетом Цюриха](https://phys.org/partners/university-of-zurich/)

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте