В журнале Cell вышло исследование, в котором ученые из Центра геномного регулирования (CRG, Барселона) впервые продемонстрировали, что генеративный искусственный интеллект может создавать синтетические молекулы, способные управлять активностью генов в здоровых клетках млекопитающих. Команда разработала ИИ-модель, которая проектирует короткие участки ДНК, называемые регуляторными последовательностями, способные «включать» или «отключать» нужные гены в нужных типах клеток.
Эта технология позволяет задавать параметры, например: «включить ген только в стволовых клетках, которые превращаются в эритроциты, но не в тромбоциты». Модель подбирает нужную комбинацию нуклеотидов — «букв» ДНК (A, T, C, G), чтобы достичь желаемого эффекта. Затем такой фрагмент ДНК химически синтезируется, помещается в вирус и доставляется в клетку.
В эксперименте ИИ создал последовательности, включающие ген, кодирующий флуоресцентный белок, — и это сработало. Последовательности внедрили в геном мышиных клеток крови. Результаты совпали с прогнозами модели, доказав работоспособность подхода.
По словам первого автора работы Роберта Фремеля, это можно сравнить с написанием программного кода — только не для компьютеров, а для живых клеток. В будущем такие синтетические элементы помогут делать генную терапию более точной и безопасной: активировать нужные гены только там, где это необходимо, не затрагивая здоровые ткани.
До сих пор генеративная биология в основном применялась для проектирования белков. Однако большинство заболеваний у человека связано не с поломкой белков, а с нарушением регуляции генов. Поэтому ключевую роль играют энхансеры — короткие участки ДНК, которые управляют включением генов. Проблема в том, что раньше приходилось искать подходящие энхансеры в природных геномах, ограничиваясь тем, что дала эволюция.
ИИ позволяет создавать такие элементы «с нуля», настраивая их под нужный тип клеток. Однако для этого нужны большие объемы качественных данных. Чтобы обучить модель, ученые провели тысячи экспериментов с клетками крови, включая тестирование 64 тысяч синтетических энхансеров. Это крупнейшая такая библиотека в клетках крови на сегодня.
Оказалось, что большинство энхансеров ведут себя как регуляторы громкости, а некоторые — как выключатели. Важно, что одни и те же комбинации факторов могут активировать ген в одном типе клеток и подавлять в другом. Это открытие, по словам исследователей, особенно важно для будущих терапий, где требуется предельная точность.
Модель смогла предсказывать работу новых, ранее не существовавших энхансеров. А значит, в будущем мы сможем создавать синтетические гены с нужным поведением прямо по заказу — как если бы писали инструкцию для клетки на ее родном языке.
От управления генами с помощью ИИ до диагностики болезней — границы возможного продолжают расширяться. Как именно искусственный интеллект научился распознавать кожные заболевания с точностью выше, чем у врачей, — об этом вы можете узнать в этой статье.
