CRISPR hefur gjörbylt vísindum. AI er nú að taka gena ritstjórann á næsta stig.

Þökk sé getu þess til að breyta erfðamenginu nákvæmlega, eru CRISPR verkfæri nú mikið notuð í líftækni og í læknisfræði til að takast á við arfgenga sjúkdóma. Síðla árs 2023, meðferð með því að nota Nóbelsverðlaunahafi tól fékk samþykki frá FDA til að meðhöndla sigðfrumusjúkdóm. CRISPR hefur einnig virkjað CAR T frumumeðferð til að berjast gegn krabbameini og verið vanur lækka hættulega hátt kólesterólmagn í klínískum rannsóknum.

Utan læknisfræði eru CRISPR verkfæri að breyta landbúnaðarlandslagi, með verkefni í gangi til verkfræðings hornlaus naut, næringarríka tómataog búfé og fiski með meiri vöðvamassa.

Þrátt fyrir raunveruleg áhrif þess er CRISPR ekki fullkomið. Tækið klippir báða DNA strengina, sem getur valdið hættulegum stökkbreytingum. Það getur líka óvart klippt óviljandi svæði í erfðamenginu og kallað fram ófyrirsjáanlegar aukaverkanir.

CRISPR var fyrst uppgötvað í bakteríum sem varnarkerfi, sem bendir til þess að náttúran feli gnótt af CRISPR íhlutum. Undanfarinn áratug hafa vísindamenn skimað mismunandi náttúrulegt umhverfi - til dæmis, tjarnarskít - til að finna aðrar útgáfur af tækinu sem gætu hugsanlega aukið virkni þess og nákvæmni. Þó að hún takist vel, fer þessi stefna eftir því hvað náttúran hefur upp á að bjóða. Sumir kostir, eins og minni stærð eða lengri líftími líkamans, koma oft með málamiðlun eins og minni virkni eða nákvæmni.

Frekar en að treysta á þróun, getum við hraðað betri CRISPR verkfærum með gervigreind?

Í þessari viku, Ríkulegur, sprotafyrirtæki með aðsetur í Kaliforníu, setti fram stefnu sem notar gervigreind til að dreyma upp nýjan alheim CRISPR gena ritstjóra. Byggt á stórum tungumálalíkönum - tækninni á bak við vinsæla ChatGPT - hannaði gervigreindin nokkra nýja genabreytandi hluti.

Í frumum manna tengdust íhlutirnir saman til að breyta áreiðanlega markgenum. Skilvirknin samsvaraði klassískum CRISPR, en með mun meiri nákvæmni. Efnilegasti ritstjórinn, kallaður OpenCRISPR-1, gæti líka nákvæmlega skipt út stökum DNA-stöfum - tækni sem kallast grunnklipping - með nákvæmni sem jafnast á við núverandi verkfæri.

„Við sýnum fyrstu árangursríku klippingu heimsins á erfðamengi mannsins með því að nota genabreytingarkerfi þar sem hver hluti er að fullu hannaður af gervigreind,“ skrifaði höfundarnir í bloggfærslu.

Match Made in Heaven

CRISPR og gervigreind hafa átt í langri rómantík.

CRISPR uppskriftin hefur tvo meginhluta: „skæri“ Cas prótein sem klippir eða klippir erfðamengið og „blóðhunds“ RNA leiðarvísir sem bindur skærapróteinið við markgenið.

Með því að breyta þessum íhlutum verður kerfið að verkfærakistu, þar sem hver uppsetning er sérsniðin til að framkvæma ákveðna tegund af genabreytingum. Sum Cas prótein skera báða DNA strengina; aðrir gefa bara einum þræði snögga klippingu. Aðrar útgáfur geta einnig skorið RNA, tegund erfðaefnis sem finnast í vírusum, og hægt að nota sem greiningartæki eða veirueyðandi meðferð.

Mismunandi útgáfur af Cas próteinum finnast oft með því að leita í náttúrulegu umhverfi eða í gegnum ferli sem kallast bein þróun. Hér skiptir vísindamaður skynsamlega út sumum hlutum Cas próteins til að hugsanlega auka virkni.

Það er mjög tímafrekt ferli. Sem er þar sem gervigreind kemur inn.

Vélnám hefur þegar hjálpað spá fyrir um áhrif utan miða í CRISPR verkfærum. Það er líka heima í á smærri Cas próteinum til að gera minni ritstjóra auðveldara að senda inn í frumur.

Öflugir notuðu gervigreind á nýjan hátt: Í stað þess að efla núverandi kerfi, hönnuðu þeir CRISPR íhluti frá grunni með því að nota stór tungumálalíkön.

Grundvöllur ChatGPT og DALL-E, þessar gerðir hófu gervigreind í almennum straumi. Þeir læra af gríðarlegu magni af texta, myndum, tónlist og öðrum gögnum til að eima mynstur og hugtök. Það er hvernig reikniritin búa til myndir úr einni textakvaðningu — til dæmis, „einhyrningur með sólgleraugu dansandi yfir regnboga“ — eða líkja eftir tónlistarstíl tiltekins listamanns.

Sama tækni hefur líka umbreytt próteinhönnunarheiminum. Eins og orð í bók eru prótein strengd úr einstökum sameinda „stöfum“ í keðjur, sem síðan brjóta saman á sérstakan hátt til að láta próteinin virka. Með því að fæða próteinraðir í gervigreind hafa vísindamenn nú þegar mótuð mótefni og önnur starfræn prótein óþekkt í náttúrunni.

„Stór skapandi prótein tungumálalíkön fanga undirliggjandi teikninguna um hvað gerir náttúrulegt prótein virkt,“ skrifaði liðið í bloggfærslunni. „Þeir lofa flýtileið til að komast framhjá tilviljanakenndu ferli þróunar og færa okkur í átt að því að hanna prótein viljandi í ákveðnum tilgangi.

Dreymir gervigreind um CRISPR kindur?

Öll stór tungumálalíkön þurfa þjálfunargögn. Sama gildir um reiknirit sem býr til genaritara. Ólíkt texta, myndum eða myndböndum sem auðvelt er að skafa á netinu, er CRISPR gagnagrunnur erfiðara að finna.

Hópurinn skimaði fyrst yfir 26 terabæta af gögnum um núverandi CRISPR kerfi og byggði CRISPR-Cas atlas - þann umfangsmesta til þessa, að sögn vísindamannanna.

Leitin leiddi í ljós milljónir CRISPR-Cas íhluta. Liðið æfði síðan sitt ProGen2 tungumálalíkan— sem var fínstillt fyrir próteinuppgötvun — með því að nota CRISPR atlas.

AI myndaði að lokum fjórar milljónir próteinraðir með hugsanlegri Cas virkni. Eftir að hafa síað út augljósa deadbeats með öðru tölvuforriti, kom teymið á núll í nýjum alheimi Cas „prótein skæri.

Reikniritið dreymdi ekki bara upp prótein eins og Cas9. Cas prótein koma í fjölskyldum, hvert með sína sérkenni í genabreytingargetu. AI hannaði einnig prótein sem líkjast Cas13, sem miðar á RNA, og Cas12a, sem er þéttara en Cas9.

Á heildina litið stækkuðu niðurstöðurnar alheim hugsanlegra Cas próteina næstum því fimmfalt. En virkar einhver þeirra?

Halló, CRISPR World

Fyrir næsta próf einbeitti teymið sér að Cas9, vegna þess að það er nú þegar mikið notað í lífeðlisfræði og öðrum sviðum. Þeir þjálfuðu gervigreindina á um það bil 240,000 mismunandi Cas9 próteinbyggingum frá mörgum tegundum dýra, með það að markmiði að búa til svipuð prótein í stað náttúrulegra - en með meiri virkni eða nákvæmni.

Fyrstu niðurstöðurnar komu á óvart: Röðin sem mynduðust, um það bil milljón þeirra, voru allt öðruvísi en náttúruleg Cas9 prótein. En með því að nota DeepMind's AlphaFold2, AI sem spáir um próteinbyggingu, fann teymið að myndaðar próteinraðir gætu tekið upp svipaðar form.

Cas prótein geta ekki virkað án blóðhunds RNA leiðbeiningar. Með CRISPR-Cas atlasinu þjálfaði teymið einnig gervigreind til að búa til RNA leiðarvísi þegar gefin var prótein röð.

Niðurstaðan er CRISPR gena ritstjóri með báðum íhlutunum - Cas prótein og RNA leiðarvísir - hannaður af gervigreind. Kölluð OpenCRISPR-1, genabreytingarvirkni þess var svipuð og klassískum CRISPR-Cas9 kerfum þegar þau voru prófuð í ræktuðum nýrnafrumum úr mönnum. Það kemur á óvart að gervigreind útgáfan minnkaði klippingu utan markmiðs um u.þ.b. 95 prósent.

Með nokkrum lagfæringum gæti OpenCRISPR-1 einnig framkvæmt grunnbreytingar, sem getur breytt stökum DNA stöfum. Í samanburði við klassíska CRISPR er grunnbreyting líklega nákvæmari þar sem hún takmarkar skemmdir á erfðamenginu. Í nýrnafrumum manna breytti OpenCRISPR-1 á áreiðanlegan hátt einum DNA staf í annan á þremur stöðum í gegnum erfðamengið, með breytingahraða svipað og núverandi grunnritstjórar.

Til að vera á hreinu hafa gervigreind-mynduð CRISPR verkfæri aðeins verið prófuð í frumum í fati. Til að meðferðir nái til heilsugæslustöðvarinnar þyrftu þær að gangast undir vandlega prófun á öryggi og virkni í lifandi verum, sem getur tekið langan tíma.

Profluent deilir OpenCRISPR-1 opinskátt með vísindamönnum og viðskiptahópum en heldur gervigreindinni sem skapaði tólið innanhúss. „Við gefum út OpenCRISPR-1 opinberlega til að auðvelda víðtæka, siðferðilega notkun á rannsóknum og viðskiptalegum forritum,“ skrifuðu þeir.

Sem forprentun hefur ritgerðin sem lýsir verkum þeirra enn ekki verið greind af sérfróðum ritrýnum. Vísindamenn verða einnig að sýna að OpenCRISPR-1 eða afbrigði virka í mörgum lífverum, þar á meðal plöntum, músum og mönnum. En það er spennandi að niðurstöðurnar opna nýja leið fyrir skapandi gervigreind - sem gæti í grundvallaratriðum breytt erfðafræðilegu teikningunni okkar.

Image Credit: Ríkulegur

• SEO knúið efni og PR dreifing. Fáðu magnara í dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrktu sjálfan þig. Aðgangur hér.
• PlatoAiStream. Web3 upplýsingaöflun. Þekking aukin. Aðgangur hér.
• PlatóESG. Kolefni, CleanTech, Orka, Umhverfi, Sól, Úrgangsstjórnun. Aðgangur hér.
• PlatoHealth. Líftækni og klínísk rannsóknagreind. Aðgangur hér.
• Heimild: https://singularityhub.com/2024/04/25/this-ai-just-designed-a-more-precise-crispr-gene-editor-for-human-cells-from-scratch/