CRISPR نے سائنس میں انقلاب برپا کر دیا ہے۔ AI اب جین ایڈیٹر کو اگلے درجے پر لے جا رہا ہے۔
جینوم کو درست طریقے سے ایڈٹ کرنے کی اس کی صلاحیت کی بدولت، CRISPR ٹولز اب بائیوٹیکنالوجی اور تمام ادویات میں وراثتی بیماریوں سے نمٹنے کے لیے بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں۔ 2023 کے آخر میں، ایک تھراپی کا استعمال کرتے ہوئے نوبل انعام جیتنے والا ٹول نے سکیل سیل کی بیماری کے علاج کے لیے ایف ڈی اے سے منظوری حاصل کی۔ CRISPR نے بھی فعال کر دیا ہے۔ کینسر سے لڑنے کے لئے CAR T سیل تھراپی اور استعمال کیا گیا ہے خطرناک حد تک ہائی کولیسٹرول کی سطح کو کم کریں۔ کلینیکل ٹرائلز میں.
ادویات کے باہر، CRISPR ٹولز ہیں۔ زرعی زمین کی تزئین کی تبدیلیانجینئر کے لیے جاری منصوبوں کے ساتھ بغیر سینگ کے بیل, غذائیت سے بھرپور ٹماٹر، اور مویشی اور مچھلی زیادہ پٹھوں کے ساتھ.
اس کے حقیقی دنیا کے اثرات کے باوجود، CRISPR کامل نہیں ہے۔ ٹول ڈی این اے کے دونوں کناروں کو کاٹتا ہے، جو خطرناک تغیرات کا سبب بن سکتا ہے۔ یہ نادانستہ طور پر جینوم کے غیر ارادی علاقوں کو بھی ختم کر سکتا ہے اور غیر متوقع ضمنی اثرات کو متحرک کر سکتا ہے۔
CRISPR کو سب سے پہلے بیکٹیریا میں ایک دفاعی طریقہ کار کے طور پر دریافت کیا گیا تھا، جس سے معلوم ہوتا ہے کہ فطرت CRISPR کے اجزا کے فضل کو چھپاتی ہے۔ پچھلی دہائی سے، سائنسدانوں نے مختلف قدرتی ماحول کی اسکریننگ کی ہے- مثال کے طور پر، تالاب کی گندگی- اس آلے کے دوسرے ورژن تلاش کرنے کے لیے جو ممکنہ طور پر اس کی افادیت اور درستگی کو بڑھا سکتے ہیں۔ کامیاب ہونے کے باوجود، یہ حکمت عملی اس بات پر منحصر ہے کہ قدرت کیا پیش کرتی ہے۔ کچھ فوائد، جیسے جسم میں چھوٹا سائز یا اس سے زیادہ لمبی عمر، اکثر تجارت کے ساتھ آتے ہیں جیسے کم سرگرمی یا درستگی۔
ارتقاء پر انحصار کرنے کے بجائے، کیا ہم AI کے ساتھ بہتر CRISPR ٹولز کو تیزی سے ٹریک کر سکتے ہیں؟
اس ہفتے، پراثرکیلیفورنیا میں قائم ایک اسٹارٹ اپ، ایک حکمت عملی کا خاکہ پیش کیا۔ جو CRISPR جین ایڈیٹرز کی ایک نئی کائنات کا خواب دیکھنے کے لیے AI کا استعمال کرتا ہے۔ بڑے لینگویج ماڈلز کی بنیاد پر—مقبول ChatGPT کے پیچھے ٹیکنالوجی—AI نے جین ایڈیٹنگ کے کئی نئے اجزاء ڈیزائن کیے ہیں۔
انسانی خلیات میں، اجزاء قابل اعتماد طریقے سے ھدف شدہ جینوں میں ترمیم کرنے کے لئے میش کرتے ہیں. کارکردگی کلاسک CRISPR سے مماثل ہے، لیکن کہیں زیادہ درستگی کے ساتھ۔ سب سے ذہین ایڈیٹر، جسے OpenCRISPR-1 کا نام دیا جاتا ہے، ایک ڈی این اے حروف کو بھی درست طریقے سے تبدیل کر سکتا ہے—ایک ٹیکنالوجی جسے بیس ایڈیٹنگ کہا جاتا ہے—ایک درستگی کے ساتھ جو موجودہ ٹولز کا مقابلہ کرتا ہے۔
"ہم ایک جین ایڈیٹنگ سسٹم کا استعمال کرتے ہوئے انسانی جینوم کی دنیا کی پہلی کامیاب ترمیم کا مظاہرہ کرتے ہیں جہاں ہر جزو کو مکمل طور پر AI کے ذریعے ڈیزائن کیا گیا ہے،" لکھا ہے ایک بلاگ پوسٹ میں مصنفین.
Match Made in Heaven
CRISPR اور AI کا ایک طویل رومانس رہا ہے۔
سی آر آئی ایس پی آر کی ترکیب کے دو اہم حصے ہیں: ایک "کینچی" کاس پروٹین جو جینوم کو کاٹتا ہے یا نکالتا ہے اور ایک "بلڈ ہاؤنڈ" آر این اے گائیڈ جو کینچی پروٹین کو ہدف والے جین سے جوڑتا ہے۔
ان اجزاء کو مختلف کرنے سے، نظام ایک ٹول باکس بن جاتا ہے، جس میں ہر سیٹ اپ ایک مخصوص قسم کی جین ایڈیٹنگ کو انجام دینے کے لیے تیار کیا جاتا ہے۔ کچھ کاس پروٹین ڈی این اے کے دونوں کناروں کو کاٹتے ہیں۔ دوسرے صرف ایک اسٹرینڈ کو ایک فوری ٹکڑا دیتے ہیں۔ متبادل ورژن آر این اے کو بھی کاٹ سکتے ہیں، وائرس میں پائے جانے والے جینیاتی مواد کی ایک قسم، اور اسے تشخیصی آلات یا اینٹی وائرل علاج کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔
Cas پروٹین کے مختلف ورژن اکثر قدرتی ماحول کی تلاش یا براہ راست ارتقاء نامی عمل کے ذریعے پائے جاتے ہیں۔ یہاں، سائنس دان ممکنہ طور پر افادیت کو بڑھانے کے لیے Cas پروٹین کے کچھ حصوں کو عقلی طور پر تبدیل کرتے ہیں۔
یہ ایک انتہائی وقت طلب عمل ہے۔ یہ وہ جگہ ہے جہاں AI آتا ہے۔
مشین لرننگ نے پہلے ہی مدد کی ہے۔ ہدف سے باہر اثرات کی پیشن گوئی CRISPR ٹولز میں۔ یہ بھی ہے میں گھر چھوٹے Cas پروٹینز پر چھوٹے سائز والے ایڈیٹرز کو خلیوں میں پہنچانا آسان بناتا ہے۔
AI کو ایک نئے انداز میں استعمال کیا: موجودہ نظاموں کو فروغ دینے کے بجائے، انہوں نے بڑے زبان کے ماڈلز کا استعمال کرتے ہوئے شروع سے CRISPR اجزاء کو ڈیزائن کیا۔
ChatGPT اور DALL-E کی بنیاد پر، ان ماڈلز نے AI کو مرکزی دھارے میں لایا۔ وہ پیٹرن اور تصورات کو کشید کرنے کے لیے متن، تصاویر، موسیقی اور دیگر ڈیٹا کی بڑی مقدار سے سیکھتے ہیں۔ یہ اس طرح ہے کہ الگورتھم ایک ہی ٹیکسٹ پرامپٹ سے امیجز تیار کرتے ہیں — کہتے ہیں، "ایک تنگاوالا دھوپ کے چشمے کے ساتھ قوس قزح پر رقص کرتے ہیں" — یا دیے گئے فنکار کے موسیقی کے انداز کی نقل کرتے ہیں۔
اسی ٹیکنالوجی نے بھی پروٹین ڈیزائن دنیا کو تبدیل کر دیا. کسی کتاب کے الفاظ کی طرح، پروٹین کو انفرادی مالیکیولر "حروف" سے زنجیروں میں باندھا جاتا ہے، جو پھر پروٹین کو کام کرنے کے لیے مخصوص طریقوں سے جوڑ دیتے ہیں۔ AI میں پروٹین کی ترتیب کو کھلانے سے، سائنسدان پہلے ہی کر چکے ہیں۔ فیشن اینٹی باڈیز اور دیگر فنکشنل پروٹین جو فطرت کے لیے نامعلوم ہیں۔.
"بڑے جنریٹیو پروٹین لینگویج ماڈل اس کے بنیادی خاکے کو حاصل کرتے ہیں جو قدرتی پروٹین کو فعال بناتا ہے،" لکھا ہے بلاگ پوسٹ میں ٹیم۔ "وہ ارتقاء کے بے ترتیب عمل کو نظرانداز کرنے کے لیے ایک شارٹ کٹ کا وعدہ کرتے ہیں اور ہمیں ایک خاص مقصد کے لیے جان بوجھ کر پروٹین ڈیزائن کرنے کی طرف لے جاتے ہیں۔"
کیا AIs CRISPR بھیڑوں کا خواب دیکھتا ہے؟
تمام بڑے زبان کے ماڈلز کو تربیتی ڈیٹا کی ضرورت ہوتی ہے۔ ایک الگورتھم کے لیے بھی ایسا ہی ہے جو جین ایڈیٹرز تیار کرتا ہے۔ متن، تصاویر، یا ویڈیوز کے برعکس جنہیں آسانی سے آن لائن سکریپ کیا جا سکتا ہے، CRISPR ڈیٹا بیس تلاش کرنا مشکل ہے۔
ٹیم نے سب سے پہلے موجودہ CRISPR سسٹمز کے بارے میں 26 ٹیرا بائٹس سے زیادہ ڈیٹا کی اسکریننگ کی اور ایک CRISPR-Cas atlas بنایا جو کہ آج تک کا سب سے وسیع ہے، محققین کے مطابق۔
تلاش سے لاکھوں CRISPR-Cas اجزاء کا انکشاف ہوا۔ اس کے بعد ٹیم نے ان کی تربیت کی۔ ProGen2 زبان کا ماڈلCRISPR اٹلس کا استعمال کرتے ہوئے — جو کہ پروٹین کی دریافت کے لیے ٹھیک بنایا گیا تھا۔
AI نے بالآخر ممکنہ Cas سرگرمی کے ساتھ چار ملین پروٹین کی ترتیب پیدا کی۔ ایک اور کمپیوٹر پروگرام کے ساتھ واضح ڈیڈ بیٹس کو فلٹر کرنے کے بعد، ٹیم نے Cas "پروٹین کینچی" کی ایک نئی کائنات کو صفر کیا۔
الگورتھم نے صرف Cas9 جیسے پروٹین کا خواب نہیں دیکھا۔ کاس پروٹین خاندانوں میں آتے ہیں، جن میں سے ہر ایک کی جین ایڈیٹنگ کی صلاحیت ہوتی ہے۔ AI نے Cas13 سے مشابہت والے پروٹین بھی ڈیزائن کیے، جو RNA، اور Cas12a کو نشانہ بناتا ہے، جو Cas9 سے زیادہ کمپیکٹ ہے۔
مجموعی طور پر، نتائج نے ممکنہ Cas پروٹین کی کائنات کو تقریباً پانچ گنا بڑھا دیا۔ لیکن کیا ان میں سے کوئی کام کرتا ہے؟
ہیلو، CRISPR ورلڈ
اگلے ٹیسٹ کے لیے، ٹیم نے Cas9 پر توجہ مرکوز کی، کیونکہ یہ پہلے سے ہی بائیو میڈیکل اور دیگر شعبوں میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتا ہے۔ انہوں نے AI کو متعدد قسم کے جانوروں سے تقریباً 240,000 مختلف Cas9 پروٹین ڈھانچے پر تربیت دی، جس کا مقصد قدرتی کو تبدیل کرنے کے لیے ایک جیسے پروٹین پیدا کرنا تھا — لیکن زیادہ افادیت یا درستگی کے ساتھ۔
ابتدائی نتائج حیران کن تھے: پیدا شدہ ترتیب، ان میں سے تقریباً دس لاکھ، قدرتی Cas9 پروٹین سے بالکل مختلف تھے۔ لیکن ڈیپ مائنڈ کے الفا فولڈ 2 کا استعمال کرتے ہوئے، ایک پروٹین ڈھانچے کی پیشن گوئی AI، ٹیم نے پایا کہ پیدا شدہ پروٹین کی ترتیب اسی طرح کی شکلیں اپنا سکتی ہے۔
کاس پروٹین بلڈ ہاؤنڈ آر این اے گائیڈ کے بغیر کام نہیں کر سکتے۔ CRISPR-Cas atlas کے ساتھ، ٹیم نے AI کو ایک RNA گائیڈ تیار کرنے کی تربیت بھی دی جب پروٹین کی ترتیب دی گئی۔
نتیجہ ایک CRISPR جین ایڈیٹر ہے جس میں دونوں اجزاء—کاس پروٹین اور آر این اے گائیڈ— جو AI کے ذریعے ڈیزائن کیا گیا ہے۔ OpenCRISPR-1 کو ڈب کیا گیا، اس کی جین ایڈیٹنگ کی سرگرمی کلاسک CRISPR-Cas9 سسٹمز سے ملتی جلتی تھی جب انسانی گردے کے مہذب خلیوں میں ٹیسٹ کیا جاتا تھا۔ حیرت کی بات یہ ہے کہ AI سے تیار کردہ ورژن نے ٹارگٹ ایڈیٹنگ میں تقریباً 95 فیصد کمی کی۔
چند تبدیلیوں کے ساتھ، OpenCRISPR-1 بیس ایڈیٹنگ بھی کر سکتا ہے، جو کہ واحد DNA حروف کو تبدیل کر سکتا ہے۔ کلاسک CRISPR کے مقابلے میں، بیس ایڈیٹنگ ممکنہ طور پر زیادہ درست ہے کیونکہ یہ جینوم کو پہنچنے والے نقصان کو محدود کرتی ہے۔ انسانی گردے کے خلیات میں، OpenCRISPR-1 نے پورے جینوم میں تین سائٹس میں ایک ڈی این اے لیٹر کو قابل اعتماد طریقے سے دوسرے میں تبدیل کیا، جس میں ترمیم کی شرح موجودہ بیس ایڈیٹرز کی طرح ہے۔
واضح ہونے کے لیے، AI سے تیار کردہ CRISPR ٹولز کا تجربہ صرف ایک ڈش میں موجود خلیوں میں کیا گیا ہے۔ علاج کے لیے کلینک تک پہنچنے کے لیے، انہیں جانداروں میں حفاظت اور افادیت کے لیے محتاط جانچ سے گزرنا ہوگا، جس میں کافی وقت لگ سکتا ہے۔
Profluent کھلے عام OpenCRISPR-1 کو محققین اور تجارتی گروپوں کے ساتھ شیئر کر رہا ہے لیکن AI کو اپنے اندر رکھ رہا ہے جس نے ٹول بنایا ہے۔ انہوں نے لکھا، "ہم تحقیق اور تجارتی ایپلی کیشنز میں وسیع، اخلاقی استعمال کو آسان بنانے کے لیے OpenCRISPR-1 کو عوامی طور پر جاری کرتے ہیں۔"
پری پرنٹ کے طور پر، ان کے کام کو بیان کرنے والے کاغذ کا ماہر ہم مرتبہ جائزہ لینے والوں کے ذریعہ تجزیہ کرنا باقی ہے۔ سائنسدانوں کو یہ بھی دکھانا ہو گا کہ OpenCRISPR-1 یا متغیرات متعدد جانداروں بشمول پودوں، چوہوں اور انسانوں میں کام کرتے ہیں۔ لیکن حیران کن طور پر، نتائج تخلیقی AI کے لیے ایک نئی راہ کھولتے ہیں- جو بنیادی طور پر ہمارے جینیاتی خاکے کو تبدیل کر سکتا ہے۔
تصویری کریڈٹ: پراثر
- SEO سے چلنے والا مواد اور PR کی تقسیم۔ آج ہی بڑھا دیں۔
- پلیٹو ڈیٹا ڈاٹ نیٹ ورک ورٹیکل جنریٹو اے آئی۔ اپنے آپ کو بااختیار بنائیں۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
- پلیٹوآئ اسٹریم۔ ویب 3 انٹیلی جنس۔ علم میں اضافہ۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
- پلیٹو ای ایس جی۔ کاربن، کلین ٹیک، توانائی ، ماحولیات، شمسی، ویسٹ مینجمنٹ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
- پلیٹو ہیلتھ۔ بائیوٹیک اینڈ کلینیکل ٹرائلز انٹیلی جنس۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
- ماخذ: https://singularityhub.com/2024/04/25/this-ai-just-designed-a-more-precise-crispr-gene-editor-for-human-cells-from-scratch/
