Умные ДНК-выключатели: ИИ научился активировать гены по заказу

Американские ученые научили искусственный интеллект управлять ДНК. Команда исследователей из The Jackson Laboratory, Института Броуда при MIT и Гарварде, а также Йельского университета разработала технологию , которая поможет точечно включать и выключать гены в живых организмах. Что это значит?

В основе открытия лежат особые участки ДНК – цис-регуляторные элементы (CRE). Они работают как природные переключатели: определяют, когда и в каких тканях организма должны активироваться те или иные гены. Теперь мы можем создавать их искусственно и, более того, влиять на их работу.

ИИ с удивительной точностью проектирует CRE, воздействующие только на заданные типы клеток. Одно из последних удивительных достижений в этой области - технология CRISPR , позволяющая редактировать ДНК. Она используется для исправления генетических мутаций, улучшения растений и разработки новых методов лечения болезней. Несмотря на все ее преимущества, ученые долго не понимали, как активировать измененные гены только там, где нужно, не затрагивая другие ткани.

Решение нашлось в глубоком обучении – одном из направлений искусственного интеллекта. Программа проанализировала огромные массивы данных о последовательностях ДНК и нашла закономерности, которые человек мог бы и упустить.

Для работы с этими данными была создана специальная платформа CODA (Computational Optimization of DNA Activity). С ее помощью удалось спроектировать тысячи новых цис-регуляторных элементов – каждый для конкретного типа клеток.

Эффективность метода подтвердили эксперименты на животных – мышах и рыбках данио-рерио. В одном из опытов синтетический регуляторный элемент активировал флуоресцентный белок исключительно в печени рыбок, оставив нетронутыми все остальные ткани.

Система абсолютно точно изменит подход к лечению генетических заболеваний, а также пригодится биотехнологам. Точное управление генами поможет усовершенствовать производство лекарств и других биологических продуктов.

С развитием технологии ученые смогут создавать все более сложные регуляторные элементы под конкретные задачи. Это ускорит как фундаментальные исследования, так и разработку новых подходов в медицине: от персонализированной терапии наследственных заболеваний до регенерации.