С помощью искусственного интеллекта шведские ученые разработали синтетическую ДНК, которая контролирует производство белка клетками. Новый метод может позволить в будущем гораздо быстрее и дешевле создавать и производить лекарства от тяжелых заболеваний, а также альтернативные пищевые белки, сообщает Технологический университет Чалмерса. Результаты работы представлены в журнале Nature Communications.
То, как экспрессируются наши гены, является фундаментальным процессом для функционирования клеток всех живых организмов. Коротко механизм экспрессии можно описать так: генетический код в ДНК транскрибируется в молекулу матричной РНК (мРНК), которая сообщает клеточной «фабрике», какой белок производить и в каких количествах.
Экспрессией генов можно в какой-то степени управлять, то есть задавать точные инструкции для ДНК (не затрагивая сам генетический код), чтобы производилось необходимое количество определенного белка. С помощью специальных препаратов можно указать клеткам, какие нужно вырабатывать белки. Так работает, например, мРНК-вакцина против Covid-19, которая говорит клеткам организма вырабатывать тот же белок, что и на поверхности коронавируса. Тогда иммунная система может научиться вырабатывать антитела против вируса. Точно так же можно научить иммунную систему организма побеждать раковые клетки или другие сложные заболевания, если понять код, лежащий в основе производства определенных белков.
Производство подобных белковых лекарств сегодня – долгий, сложный и дорогой процесс, отмечают исследователи из Технологического университета Чалмерса. Они предлагают его упростить и ускорить – с помощью искусственного интеллекта. Так, команда обучила алгоритм на множестве примеров молекулы ДНК – с разными структурами и регулирующим кодом. Обучившись, ИИ спроектировала синтетическую ДНК, которую можно легко подкорректировать по запросу и тем самым повлиять на экспрессию генов. Иными словами, ИИ сообщали, какая часть гена нужна, а затем он «печатал» соответствующую последовательность ДНК.
«Вручную» – экспериментально – непросто вносить изменения в длинную молекулу ДНК. Гораздо эффективнее позволить ИИ изучить принципы навигации по ДНК. То, на что раньше уходили годы, теперь можно сделать за недели или даже за считанные дни, отмечает ведущий автор работы Ян Зримец (Jan Zrimec), научный сотрудник Технологического института Чалмерса и Национального института биологии Словении.
Исследователи разработали свой метод на дрожжах Saccharomyces cerevisiae, клетки которых напоминают клетки млекопитающих. В будущих исследованиях ученые планируют проверить метод на человеческих клетках.
[Иллюстрация: Yen Strandqvist]
