Вчені використали інструмент штучного інтелекту для білків, щоб зробити генне редагування безпечнішим

Ключові моменти

• Дослідники опублікували свої висновки в журналі Nature, демонструючи, що штучний інтелект може допомогти переконструювати білки генного редагування, щоб зменшити випадкові розрізи ДНК.
• AlphaFold, інструмент штучного інтелекту, розроблений Google DeepMind, який передбачає тривимірну форму білків, був адаптований для виявлення проблемних регіонів у молекулах генного редагування.
• Усі наявні системи генного редагування несуть деякий ризик позапланових ефектів, що означає, що вони час від часу розрізають або змінюють неправильну частину ДНК пацієнта.
• Модифіковані білки продемонстрували зменшену позапланову активність — крок на шляху до розроблення більш безпечної генної терапії для пацієнтів.

Генне редагування, здатність знайти конкретну ділянку ДНК людини та змінити її, перейшло від лабораторної цікавості до реальних медичних лікувань протягом останніх двох десятиліть. Проте проблема безпеки, яка супроводжує його, залишається актуальною.

Яка проблема безпеки у генному редагуванні?

Кожен інструмент генного редагування, створений досі, час від часу розрізає неправильне місце. Людський геном, повний набір генетичних інструкцій, упакований у майже кожну клітину вашого тіла, є величезним. Навіть послідовність букв ДНК, яка виглядає унікальною, може з'явитися два або три рази випадково на трьох мільярдах пар основ. Коли білок генного редагування знаходить одну з цих випадкових копій і розрізає її, це називається позапланним ефектом.

Один випадковий розріз в одній клітині малоймовірно завдасть шкоди. Проблема в тому, що ефективна терапія повинна редагувати мільйони клітин. Розраховуючи, навіть мала частота помилок означає, що пацієнт накопить значну кількість неправильних розрізів. Вчені протягом років намагаються зменшити цей ризик до нуля.

Як дослідники використали AlphaFold?

AlphaFold, розроблений Google DeepMind і широко визнаний за розв'язання однієї з найскладніших проблем передбачення в біології, працює, моделюючи тривимірну форму, у яку згортається білок. Форма визначає функцію: знання того, як саме білок згинається та вигинається, розповідає вам, які частини захоплюють ДНК, а які виконують розріз.

Команда, чия робота була опублікована в Nature, адаптувала AlphaFold, щоб зосередитися на регіонах білків генного редагування, найбільш пов'язаних із позапланною поведінкою. Коли ці регіони були точно нанесені на карту, дослідники їх переконструювали, коригуючи структуру білка, щоб зробити його більш вибірковим щодо того, які послідовності ДНК він буде використовувати. Результат — відредаговані білки, які зберегли здатність потрапляти в намічену мету, одночасно допускаючи менше помилок в інших місцях.

Ars Technica першою звернула увагу на статтю Nature для широкої наукової аудиторії.

Що це означає для пацієнтів?

Жодна нова терапія поки не готова для клініки. Це фундаментальне дослідження, того роду, яке змінює те, з чим повинні працювати інженери, перш ніж хтось розробить лікування. Подумайте про це як про вдосконалення скальпеля перед операцією.

Практичний результат, якщо цей підхід витримає подальше тестування, — це генна терапія з чистішою історією безпеки. Пацієнти, які можуть користуватися редагуванням дефектного гена, пов'язаного з успадкованим захворюванням, певним раком або порушенням крові, одного дня можуть зіткнутися з меншим ризиком непередбачених генетичних змін.

Поки що історія йде про те, як інструмент стає гострішим. Штучний інтелект тут не вилікував хворобу; він допоміг вченим достатньо чітко побачити проблему, щоб її вирішити.

Поширені запитання

Чи доступне генне редагування як медичне лікування сьогодні?

Так, у обмежених випадках. Регуляторні органи у США та Великобританії схвалили першу терапію на основі CRISPR, тип генного редагування, для захворювань, включаючи серпоподібно-клітинну хворобу. Лікування є дорогим і рідким, але вони існують.

Чи робить це дослідження поточну генну терапію негайно безпечнішою?

Не напряму. Дослідження описує метод переконструювання білків генного редагування, а не зміну будь-якого затвердженого препарату. Він вказує на більш безпечні майбутні лікування, а не на оновлення тих, що вже застосовуються.