Исследователи из Центра геномного регулирования в Испании добились значительного успеха в биологии: искусственный интеллект разработал молекулы ДНК, которые впервые эффективно управляют генами в здоровых клетках млекопитающих. ИИ создал искусственные участки ДНК, способные активировать или подавлять гены в нужных клетках, например, превращать стволовые клетки в клеточные элементы крови. Это похоже на программирование для живых существ.
ИИ разработал инструмент для создания новых ДНК-цепочек — так называемых энхансеров. Эти последовательности длиной около 250 нуклеотидов контролируют активность генов, то есть определяют, какие гены будут включены в определённых клетках. К примеру, ИИ способен создать энхансер, который активирует ген, превращающий стволовые клетки в эритроциты, но не в тромбоциты.
Исследователи синтезировали эти фрагменты химически и с помощью вирусов ввели их в клетки крови мышей. Во время экспериментов ДНК интегрировалась в геном случайным образом. ИИ создал энхансеры, которые активировали ген, производящий флуоресцентный белок, что позволило учёным визуализировать работоспособность системы. Результаты показали высокую точность: гены включались исключительно в требуемых клетках.
Доктор Роберт Фромель, ведущий автор исследования, сравнил этот процесс с программированием в биологии: «Это дает невероятную точность в управлении клетками». Разработка может изменить методы лечения заболеваний, связанных с генетическими нарушениями, например, рака или аутоиммунных расстройств. ИИ позволяет создавать уникальные энхансеры, не существующие в природе, и точно настраивать их, чтобы они функционировали только в целевых клетках, минимизируя побочные эффекты.
Для создания подобных молекул ИИ необходимо освоить «язык» клеток. Энхансеры играют роль грамматических правил, регулирующих гены. Учёные собрали обширные данные, проанализировав тысячи экспериментов на клетках крови. Они изучили взаимодействие энхансеров и белков, управляющих активностью генов. За пять лет команда синтезировала более 64 тысяч искусственных энхансеров — это крупнейшая коллекция такого рода.
Исследователи отслеживали работу энхансеров на семи стадиях развития кровяных клеток. Большинство функционировали как регуляторы громкости, усиливая или ослабляя генетическую активность. Однако некоторые комбинации действовали как выключатели: два обычно активирующих гены фактора вместо этого их подавляли. Это явление, названное «отрицательной синергией», удивило учёных. Полученные данные помогли ИИ прогнозировать, какие новые энхансеры дадут нужный эффект, даже если они никогда не встречались в природе.
Эта технология может привести к созданию инновационных методов терапии, где гены пациентов будут настраиваться с высокой степенью точности. Например, можно будет активировать защитные гены исключительно в поражённых клетках. Однако для этого необходимы значительные объёмы данных и дальнейшие исследования. Доктор Ларс Вельтен, соавтор, отметил: «Мы расшифровали язык клеток, чтобы разрабатывать для них новые инструкции».
Учёные намерены улучшать ИИ, чтобы разрабатывать всё более сложные энхансеры. Это открытие — важный шаг к персонализированной медицине и глубокому пониманию функционирования клеток на молекулярном уровне. Оно демонстрирует, как ИИ может стать ценным помощником в биологии, создавая решения, невообразимые в природе.
Источник: iXBT
