Декількома словами
У Барселоні вчені використали штучний інтелект для створення синтетичних фрагментів ДНК. Ці фрагменти вперше змогли контролювати поведінку здорових клітин ссавців. Це відкриває нові можливості для керування клітинними функціями та боротьби із захворюваннями.
Науковці з Барселони розробили систему штучного інтелекту (ШІ), здатну створювати синтетичні фрагменти ДНК. Ці фрагменти, відомі як енхансери, вперше успішно контролювали поведінку здорових клітин ссавців. Цей прорив відкриває нові горизонти в галузі біомедицини.
Робота є значним кроком вперед у застосуванні машинного навчання в біологічних дослідженнях. Хоча раніше ШІ вже використовувався для проєктування нових білків, включаючи ті, що не існують у природі (які застосовуються у вакцинах чи ліках), це дослідження сфокусовано на створенні самого генетичного коду, який визначає функцію клітин.
Геном людини складається з мільярдів "літер" ДНК, що формують складну інструкцію. Незважаючи на те, що основні компоненти, такі як гени, вивчені, багато ділянок коду, включаючи енхансери, залишаються малодослідженими, хоча вони є критично важливими для диференціації клітин і розвитку тканин, а також можуть впливати на формування пухлин.
Команда під керівництвом біолога Ларса Вельтена присвятила роки спробам зрозуміти "мову" ДНК, особливо тих генетичних елементів, які регулюють активність генів і визначають долю клітин – наприклад, перетворення стовбурової клітини на еритроцит чи лейкоцит. Вчені зосередились на енхансерах – відносно коротких ділянках ДНК (близько 250 "літер"), які модулюють активність ключових генів, що визначають розвиток і поведінку клітин крові.
За останні п'ять років дослідники представили системі ШІ близько 64 000 синтетичних енхансерів, на основі яких алгоритм навчився їхніх функцій. Це найбільша на сьогодні колекція генетичних елементів, зібрана для вивчення поведінки семи різних типів клітин крові. Енхансери працюють, взаємодіючи з факторами транскрипції – білками, що також впливають на активність генів. Вчені проаналізували точні взаємодії енхансерів з 38 різними факторами транскрипції.
Використовуючи ці великі дані, система ШІ змогла з нуля створити абсолютно нові енхансери, які не існують у природі. Потім ці синтетичні фрагменти ДНК були введені в геном клітин крові, і дослідники продемонстрували, що вони здатні активувати, пригнічувати або модулювати активність цільових генів. Таким чином, "слово" ДНК, створене штучним інтелектом, безпосередньо визначило поведінку та долю живих клітин.
Ларс Вельтен зазначає: "Це перший раз, коли вдалося досягти подібного результату на здорових клітинах. Досі дослідження в основному фокусувалися на ракових клітинах, з якими було простіше працювати". Хоча експерименти проводились на клітинах крові мишей, вчені переконані, що метод застосовний і до інших типів клітин.
Потенційні довгострокові застосування включають контроль поведінки клітин в інших здорових тканинах, роботу з раковими клітинами або навіть з клітинами, що містять небезпечні генетичні мутації, наприклад, пов'язані зі старінням. "Є певні мутації, які накопичуються з віком. Мені було б цікаво створити генетичні енхансери для цих клітин, тому що зараз немає хороших ліків для боротьби з ними", – ділиться Вельтен.
Важливість роботи підкреслюють і незалежні експерти. Спеціалістка з дизайну білків за допомогою ШІ зазначає, що можливість тренувати алгоритми на великій колекції даних для створення ДНК-послідовностей "з нуля" та програмувати клітинні реакції – це значний крок. "Це дослідження чудово відображає трансформаційний момент, який ми переживаємо, коли штучний інтелект починає мати реальний вплив на всі галузі знань", – додає вона.
