Учёные использовали инструмент на основе ИИ для повышения безопасности редактирования генов

Ключевые моменты

• Исследователи опубликовали результаты в журнале Nature, показывающие, что ИИ может помочь переделать белки редактирования генов для снижения случайного повреждения ДНК.
• AlphaFold, инструмент на основе ИИ, разработанный Google DeepMind, предсказывающий трёхмерную структуру белков, был адаптирован для выявления проблемных областей в молекулах редактирования генов.
• Все существующие системы редактирования генов несут определённый риск побочных эффектов, означая, что они иногда режут или изменяют неправильную часть ДНК пациента.
• Модифицированные белки показали сниженную активность побочных эффектов, что является шагом к безопасности генной терапии для пациентов.

Редактирование генов, способность найти конкретный участок ДНК человека и изменить его, перешло за последние два десятилетия из научного любопытства в реальные медицинские методы лечения. Однако настойчивая проблема безопасности сопровождала его всё это время.

В чём состоит проблема безопасности редактирования генов?

Каждый инструмент для редактирования генов, созданный до сих пор, иногда режет не в том месте. Геном человека, полный набор генетических инструкций, содержащихся почти в каждой клетке организма, огромен. Даже последовательность букв ДНК, которая выглядит уникальной, может случайно встречаться два или три раза в три миллиарда пар оснований. Когда белок редактирования генов находит одну из этих случайных копий и режет её, это называется побочным эффектом.

Один случайный разрез в одной клетке вряд ли причинит вред. Проблема в том, что эффективная терапия должна редактировать миллионы клеток. Выполнив расчёты, даже микроскопический процент ошибок означает, что у пациента накопится значительное количество неправильных разрезов. Учёные потратили годы на то, чтобы инженерно снизить этот риск к нулю.

Как исследователи использовали AlphaFold?

AlphaFold, разработанный Google DeepMind и широко признанный решившим одну из самых сложных задач прогнозирования в биологии, работает путём моделирования трёхмерной структуры, в которую складывается белок. Форма определяет функцию: знание того, как именно белок скручивается и изгибается, говорит вам, какие части захватывают ДНК, а какие режут.

Команда, работа которой была опубликована в Nature, адаптировала AlphaFold для детального изучения областей белков редактирования генов, наиболее связанных с побочным поведением. После того как эти области были точно нанесены на карту, исследователи переделали их, тонко настроив структуру белка, чтобы он был более разборчив в отношении последовательностей ДНК, на которые бы он воздействовал. Результатом были отредактированные белки, которые сохранили способность попадать в намеченную цель, при этом совершая меньше ошибок в других местах.

Ars Technica первым привлёк внимание статьи из Nature для общей научной аудитории.

Что это означает для пациентов?

Новая терапия ещё не готова для клинического применения. Это фундаментальное исследование, того рода, которое переделывает то, с чем должны работать инженеры, прежде чем кто-либо разработает лечение. Думайте об этом как об улучшении скальпеля перед операцией.

Практическая отдача, если подход выдержит дальнейшее тестирование, будет заключаться в генных терапиях с более чистой историей безопасности. Пациенты, которые могут извлечь пользу из редактирования неисправного гена, связанного с наследственным заболеванием, определённым раком или нарушением свёртываемости крови, однажды могут столкнуться с меньшей вероятностью непредвиденных генетических изменений.

Пока что история о том, что инструмент становится острее. ИИ не вылечил здесь болезнь; он помог учёным достаточно ясно увидеть проблему, чтобы её решить.

Часто задаваемые вопросы

Доступно ли редактирование генов в качестве медицинского лечения сегодня?

Да, в ограниченных случаях. Регулирующие органы в Соединённых Штатах и Соединённом Королевстве одобрили первые методы лечения на основе CRISPR, тип редактирования генов, для состояний, включая серповидноклеточную болезнь. Методы лечения дорогостоящи и редки, но они существуют.

Делает ли это исследование существующие генные терапии немедленно более безопасными?

Не напрямую. Исследование описывает метод переделки белков редактирования генов, а не изменение какого-либо одобренного продукта. Оно указывает на более безопасные будущие методы лечения, а не на обновление уже применяемых.