CRISPR bilimde devrim yarattı. Yapay zeka artık gen düzenleyiciyi bir sonraki seviyeye taşıyor.

Genomu doğru bir şekilde düzenleme yeteneği sayesinde, CRISPR araçları artık biyoteknolojide ve tıp alanında kalıtsal hastalıklarla mücadelede yaygın olarak kullanılıyor. 2023'ün sonlarında, Nobel Ödüllü Araç orak hücre hastalığını tedavi etmek için FDA'dan onay aldı. CRISPR da etkinleştirildi Kanserlerle savaşmak için CAR T hücresi tedavisi ve alışmıştım tehlikeli derecede yüksek kolesterol seviyelerini düşürmek klinik deneylerde.

Tıp dışında CRISPR araçları da Tarımsal ortamı değiştiriyor, mühendisliği devam eden projelerle boynuzsuz boğalar, besin açısından zengin domates, ve hayvancılık ve balık daha fazla kas kütlesi ile.

Gerçek dünyadaki etkisine rağmen CRISPR mükemmel değildir. Araç, tehlikeli mutasyonlara neden olabilecek her iki DNA ipliğini de kesiyor. Ayrıca genomun istenmeyen bölgelerini yanlışlıkla kesebilir ve öngörülemeyen yan etkileri tetikleyebilir.

CRISPR'ın ilk olarak bakterilerde bir savunma mekanizması olarak keşfedilmesi, doğanın çok sayıda CRISPR bileşeni sakladığını düşündürmektedir. Geçtiğimiz on yıl boyunca bilim insanları, aracın etkinliğini ve hassasiyetini potansiyel olarak artırabilecek diğer versiyonlarını bulmak için farklı doğal ortamları (örneğin havuz pisliği) taradılar. Başarılı olsa da bu strateji doğanın sunduğu şeylere bağlıdır. Daha küçük boyut veya vücutta daha uzun ömürlülük gibi bazı faydalar genellikle daha düşük aktivite veya hassasiyet gibi ödünleşimlerle birlikte gelir.

Evrime güvenmek yerine yapay zeka ile daha iyi CRISPR araçlarını hızlandırabilir miyiz?

Bu hafta, zenginKaliforniya merkezli bir startup olan bir strateji belirledi CRISPR gen editörlerinden oluşan yeni bir evren yaratmak için yapay zekayı kullanan bir teknoloji. Yapay zeka, popüler ChatGPT'nin arkasındaki teknoloji olan büyük dil modellerine dayanarak birçok yeni gen düzenleme bileşeni tasarladı.

İnsan hücrelerinde bileşenler, hedeflenen genleri güvenilir bir şekilde düzenlemek için bir araya getirildi. Verimlilik klasik CRISPR ile eşleşti, ancak çok daha hassastı. OpenCRISPR-1 olarak adlandırılan en umut verici editör, aynı zamanda mevcut araçlarla rekabet edebilecek bir doğrulukla tek DNA harflerini (temel düzenleme adı verilen bir teknoloji) hassas bir şekilde değiştirebilir.

"Her bileşenin tamamen yapay zeka tarafından tasarlandığı bir gen düzenleme sistemi kullanarak insan genomunun dünyanın ilk başarılı düzenlemesini gösteriyoruz." yazdı bir blog gönderisindeki yazarlar.

Cennette yapılan maç

CRISPR ve AI'nın uzun bir ilişkisi var.

CRISPR tarifi iki ana bölümden oluşur: Genomu kesen veya çentikleyen bir "makas" Cas proteini ve makas proteinini hedef gene bağlayan bir "bloodhound" RNA kılavuzu.

Bu bileşenleri değiştirerek sistem, her kurulumun belirli bir tür gen düzenlemeyi gerçekleştirmek üzere uyarlandığı bir araç kutusu haline gelir. Bazı Cas proteinleri her iki DNA zincirini de keser; diğerleri sadece bir ipliğe hızlı bir kesme verir. Alternatif versiyonlar ayrıca virüslerde bulunan bir tür genetik materyal olan RNA'yı da kesebilir ve teşhis aracı veya antiviral tedavi olarak kullanılabilir.

Cas proteinlerinin farklı versiyonları genellikle doğal ortamlarda arama yapılarak veya doğrudan evrim adı verilen bir süreç yoluyla bulunur. Burada bilim insanı, etkinliği potansiyel olarak artırmak için Cas proteininin bazı kısımlarını rasyonel bir şekilde değiştiriyor.

Bu oldukça zaman alıcı bir süreçtir. Yapay zekanın devreye girdiği yer burasıdır.

Makine öğrenimi zaten yardımcı oldu hedef dışı etkileri tahmin etmek CRISPR araçlarında. Aynı zamanda yuvalanmış küçültülmüş editörlerin hücrelere iletilmesini kolaylaştırmak için daha küçük Cas proteinleri üzerinde.

Profluent, yapay zekayı yeni bir şekilde kullandı: Mevcut sistemleri güçlendirmek yerine, büyük dil modellerini kullanarak CRISPR bileşenlerini sıfırdan tasarladılar.

ChatGPT ve DALL-E'nin temeli olan bu modeller, yapay zekayı ana akım haline getirdi. Kalıpları ve kavramları ayrıştırmak için çok miktarda metin, resim, müzik ve diğer verilerden öğreniyorlar. Algoritmalar tek bir metin isteminden (mesela "gökkuşağının üzerinde dans eden güneş gözlüklü tek boynuzlu at") veya belirli bir sanatçının müzik tarzını taklit ederek görüntüler üretiyor.

Aynı teknoloji aynı zamanda Protein tasarım dünyasını dönüştürdü. Bir kitaptaki kelimeler gibi, proteinler de bireysel moleküler “harflerden” zincirlere dizilir ve daha sonra proteinlerin çalışmasını sağlamak için belirli şekillerde katlanırlar. Bilim insanları protein dizilerini yapay zekaya besleyerek zaten biçimlendirilmiş antikorlar ve diğeri Doğada bilinmeyen fonksiyonel proteinler.

"Büyük üretken protein dili modelleri, doğal bir proteini işlevsel kılan şeyin altında yatan planı yakalıyor." yazdı blog yazısındaki ekip. "Evrimin rastgele sürecini atlatmak ve bizi proteinleri belirli bir amaç için bilinçli olarak tasarlamaya yönlendirmek için bir kısayol vaat ediyorlar."

Yapay Zekalar Rüyasında CRISPR Koyunları Görür mü?

Tüm büyük dil modellerinin eğitim verilerine ihtiyacı vardır. Aynı şey gen düzenleyicileri üreten bir algoritma için de geçerlidir. Çevrimiçi olarak kolayca kazınabilen metin, resim veya videoların aksine, bir CRISPR veritabanını bulmak daha zordur.

Ekip ilk olarak mevcut CRISPR sistemleri hakkında 26 terabayttan fazla veriyi taradı ve araştırmacılara göre bugüne kadarki en kapsamlısı olan bir CRISPR-Cas atlası oluşturdu.

Arama milyonlarca CRISPR-Cas bileşenini ortaya çıkardı. Ekip daha sonra onları eğitti ProGen2 dil modeliCRISPR atlası kullanılarak protein keşfi için ince ayar yapıldı.

Yapay zeka sonunda potansiyel Cas aktivitesine sahip dört milyon protein dizisi üretti. Başka bir bilgisayar programıyla bariz başarısızlıkları filtreledikten sonra ekip, Cas'in yeni bir "protein makası" evrenine odaklandı.

Algoritma sadece Cas9 gibi proteinleri hayal etmedi. Cas proteinleri, her birinin gen düzenleme yeteneğinde kendine özgü tuhaflıkları olan ailelerden gelir. Yapay zeka ayrıca RNA'yı hedef alan Cas13'e ve Cas12'dan daha kompakt olan Cas9a'ya benzeyen proteinler de tasarladı.

Genel olarak sonuçlar, potansiyel Cas proteinlerinin evrenini neredeyse beş kat genişletti. Peki bunlardan herhangi biri işe yarıyor mu?

Merhaba CRISPR Dünyası

Bir sonraki testte ekip Cas9'a odaklandı çünkü Cas240,000 zaten biyomedikal ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılıyor. Yapay zekayı, doğal proteinlerin yerine geçecek benzer proteinler üretmek amacıyla, daha yüksek etkinlik ve hassasiyetle, birden fazla hayvan türünden yaklaşık 9 farklı CasXNUMX protein yapısı üzerinde eğittiler.

İlk sonuçlar şaşırtıcıydı: Oluşturulan dizilerin, yani yaklaşık bir milyonu, doğal Cas9 proteinlerinden tamamen farklıydı. Ancak ekip, DeepMind'ın bir protein yapısı tahmin yapay zekası olan AlphaFold2'yi kullanarak, oluşturulan protein dizilerinin benzer şekillere sahip olabileceğini buldu.

Cas proteinleri tazı RNA kılavuzu olmadan çalışamaz. Ekip ayrıca CRISPR-Cas atlası ile yapay zekayı, bir protein dizisi verildiğinde bir RNA kılavuzu oluşturacak şekilde eğitti.

Sonuç, AI tarafından tasarlanan her iki bileşene (Cas proteini ve RNA kılavuzu) sahip bir CRISPR gen düzenleyicisidir. OpenCRISPR-1 olarak adlandırılan gen düzenleme aktivitesi, kültürlenmiş insan böbrek hücrelerinde test edildiğinde klasik CRISPR-Cas9 sistemlerine benzerdi. Şaşırtıcı bir şekilde, yapay zeka tarafından oluşturulan sürüm, hedef dışı düzenlemeyi yaklaşık yüzde 95 oranında azalttı.

OpenCRISPR-1, birkaç ayarlamayla tek DNA harflerini değiştirebilen temel düzenlemeyi de gerçekleştirebiliyor. Klasik CRISPR ile karşılaştırıldığında temel düzenleme, genoma verilen zararı sınırladığı için muhtemelen daha hassastır. İnsan böbrek hücrelerinde OpenCRISPR-1, mevcut baz düzenleyicilere benzer bir düzenleme oranıyla, genom boyunca üç bölgede bir DNA harfini diğerine güvenilir bir şekilde dönüştürdü.

Açıkça söylemek gerekirse yapay zeka tarafından üretilen CRISPR araçları yalnızca bir tabaktaki hücrelerde test edildi. Tedavilerin kliniğe ulaşması için, canlılarda güvenlik ve etkililik açısından dikkatli testlerden geçmeleri gerekiyor ve bu da uzun zaman alabiliyor.

Profluent, OpenCRISPR-1'i araştırmacılar ve ticari gruplarla açıkça paylaşıyor ancak aracı oluşturan yapay zekayı şirket içinde tutuyor. "Araştırma ve ticari uygulamalarda geniş, etik kullanımı kolaylaştırmak için OpenCRISPR-1'i halka açık olarak yayınlıyoruz" diye yazdılar.

Bir ön baskı olarak, çalışmalarını açıklayan makalenin henüz uzman hakemler tarafından analiz edilmesi gerekiyor. Bilim adamlarının ayrıca OpenCRISPR-1 veya varyantlarının bitkiler, fareler ve insanlar da dahil olmak üzere birçok organizmada çalıştığını göstermesi gerekecek. Ancak sonuçlar, umut verici bir şekilde, üretken yapay zeka için genetik planımızı temelden değiştirebilecek yeni bir yol açıyor.

Resim Kredi: zengin

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://singularityhub.com/2024/04/25/this-ai-just-designed-a-more-precise-crispr-gene-editor-for-human-cells-from-scratch/