В Институте Броуда и Массачусетской больнице общего профиля Бригхэма разработали модель искусственного интеллекта, которая генерирует короткие фрагменты ДНК, способные управлять активностью генов в определенных типах клеток. Эти последовательности (цис-регуляторные элементы) составляют значительную часть генома человека, и синтетические версии этих фрагментов ДНК в будущем могут стать частью генной терапии, позволяющей настраивать активность генов для лечения заболеваний. Исследование опубликовано в журнале Nature Genetics.
Исследователи разработали модель «ДНК‑диффузия», которая позволяет создавать надежные синтетические регуляторные элементы, в том числе активирующие защитный ген в клетках лейкемии. Эта технология открывает путь к новым методам терапии — ее можно совместить с существующими подходами генной терапии, чтобы точно доставлять лечение в нужные клетки организма. Если представить ДНК как язык, то для его освоения недостаточно просто удалять или вставлять отдельные «слова» — нужно уметь составлять новые предложения. Команда подтвердила, что их модель эффективнее других методов создает функциональные регуляторные элементы — они работают в конкретных типах клеток и отличаются разнообразием последовательностей. Кроме того, модель позволяет регулировать специфичность, активность и интенсивность экспрессии генов.
Исследователи адаптировали диффузионные модели ИИ (как в DALL‑E и Stable Diffusion) для работы с ДНК, обучив их на данных о доступности хроматина — это показывает, какие регуляторные элементы генома клетка использует для управления генами. Модель сгенерировала более 5 800 синтетических регуляторных элементов, и тесты подтвердили, что они эффективно регулируют гены в целевых клетках.
Для проверки эффективности ученые сосредоточились на гене AXIN2, защищающем от хронического лимфоцитарного лейкоза. В B‑клетках пациентов с этим заболеванием ген часто отключается. Исследователи протестировали 100 последовательностей (60 из них создала модель) на клеточной линии от больных лейкозом. В результате синтетические регуляторные элементы зачастую активировали AXIN2 лучше природных аналогов. Причем последовательности, «заточенные» под B‑клетки, работали именно в них, а для других типов клеток оставались неактивны.
Теперь технологию планируют объединить с методами геномной медицины, например, с генными редакторами или терапией с AAV‑вирусами для доставки лекарств в нужные клетки.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, как гравитация влияет на раковые клетки.
