Edycja genomu z pomocą CRISPR i sztucznej inteligencji

Sztuczna inteligencja w inżynierii genetycznej? Szwajcarski zespół genetyków udowodnił, że możliwa jest edycja genomu z pomocą znanej techniki CRISPR, w której potencjalne skutki wcześniej pokazuje sztuczna inteligencja.

Na czym polega edycja genomu z wykorzystaniem SI?

.Edycja genomu z zastosowaniem pokazanej przez naukowców z Zurychu techniki pomoże konstruować m.in. skuteczniejsze terapie genowe w chorobach neurologicznych.

Na łamach pisma „Nature Biotechnology” naukowcy z Uniwersytetu w Zurychu pokazali, jak połączyli SI z techniką CRISPR/Cas, która pozwala na wprowadzanie zaplanowanych mutacji, a nawet wklejanie całych genów do genomu.

Skrót CRISPR oznacza Clustered Regularly-Interspaced Short Palindromic Repeats – zgrupowane, regularnie rozproszone, krótkie, powtarzające się sekwencje palindromiczne. Jest to metoda inżynierii genetycznej umożliwiająca dokonywanie bardzo precyzyjnych modyfikacji genomu docelowej komórki.

Technika CRISPR wykorzystuje m.in. naturalną zdolność komórek do naprawy uszkodzonego DNA. Jednak, jak tłumaczą badacze, zdolność ta nie jest doskonała i czasami pojawiają się błędy, co może prowadzić do nieprzewidzianych, czasami nawet groźnych skutków.

Zespół z Zurychu zdołał znacząco poprawić tę dokładność dzięki systemowi sztucznej inteligencji. System o nazwie Pythia przewiduje, jak komórka naprawi swój genom po ingerencji z pomocą techniki takiej jak CRISPR/Cas9.

Pozwala to na zaprojektowanie jak najlepszego, najbezpieczniejszego podejścia do planowanej modyfikacji.

„Nasz zespół opracował małe matryce naprawy DNA, które działają jak molekularny klej i prowadzą komórkę do wprowadzenia precyzyjnych zmian genetycznych” – mówi główny autor badania, Thomas Naert.

Wspomniane matryce zostały najpierw przetestowane na hodowlach ludzkich komórek, gdzie umożliwiły wyjątkowo precyzyjne edycje genetyczne. Później naukowcy sprawdzili swoją metodę na innych organizmach, w tym na małej tropikalnej żabie Xenopus wykorzystywanej często w badaniach biomedycznych oraz u żywych myszy, gdzie z powodzeniem edytowali DNA w komórkach mózgu.

„To, co zmodelowaliśmy na potężną skalę, to proces naprawy DNA podlegający spójnym zasadom, których SI może się nauczyć i które może przewidywać” – wyjaśnia dr Naert.

„Tak jak meteorolodzy wykorzystują SI do prognozowania pogody, my używamy jej do przewidywania, jak komórki zareagują na interwencje genetyczne. Tego rodzaju zdolność przewidywania jest kluczowa, jeśli chcemy, aby edycja genów była bezpieczna, niezawodna i przydatna klinicznie” – podkreśla prof. Soeren Lienkamp, główny autor badania.

Oprócz możliwości zmiany pojedynczych liter kodu genetycznego lub integracji z zewnętrznie dostarczonym genem, metoda może być również wykorzystana do fluorescencyjnego znakowania określonych białek.

„To jest niesamowicie potężne, ponieważ pozwala nam bezpośrednio obserwować, co robią poszczególne białka w zdrowych i chorych tkankach” – mówi badacz.

Kolejną zaletą nowej metody jest to, że działa ona skutecznie we wszystkich komórkach – nawet w narządach, w których nie zachodzi podział komórkowy, takich jak mózg.

„Najbardziej ekscytuje nas, nie tylko sama technologia, ale także możliwości, które otwiera. Pythia łączy na dużą skalę prognozowanie oparte na SI z realnymi systemami biologicznymi – od hodowli komórek po całe organizmy. Ta ścisła pętla między modelowaniem a eksperymentami staje się coraz bardziej użyteczna, na przykład w precyzyjnych terapiach genowych” – dodaje prof. Lienkamp.

Dokonanie – podkreślają badacze – stwarza m.in. nowe możliwości zrozumienia chorób genetycznych i opracowania bezpieczniejszych, skuteczniejszych terapii genowych, również w przypadku chorób neurologicznych.

O etyce inżynierii genetycznej

.Nowa biotechnologia jest ekscytująca i przerażająca zarazem. Jako taka musi zrobić wszystko, aby wyrządzone szkody zminimalizować. Nie może istnieć poza społeczeństwem – pisze na łamach „Wszystko co Najważniejsze” prof. Henry T. GREELY. Wychodzi on od użycia metody CRISPR w pracach nad klonowaniem komórek ludzkich i zwierzęcych, szczególnie eksperymentu, w którym chiński naukowiec He Jiankui wykorzystał CRISPR do tego, żeby zmienić kod genetyczny ludzkich zarodków. Następnie zmodyfikowane zarodki miały zostać przetransferowane do macic kobiet metodą in vitro, by tam mogły się rozwinąć i by mogły się urodzić „dzieci CRISPR”.

„Czego więc nauczyła nas opowieść o doktorze He Jiankuim i jego eksperymencie, a także o szerszych implikacjach modyfikacji genomu ludzkiej linii zarodkowej? Z jednej strony jest to „ostrzegawcza” opowieść o świecie nauki i naukowcach. Ludziom zdarza się przesadzić. He Jiankui, motywowany – o ile dobrze go rozumiem – tym, co Makbet nazwał „ambicją, która przeskakując siebie, spada po drugiej stronie”, i elementarnym brakiem skrupułów, zachował się okropnie. Lekkomyślnie naraził trzy życia na zupełnie niepotrzebne ryzyko. W dodatku na tym nie poprzestał, tylko próbował kontynuować swe dzieło” – pisze prof. Henry T. GREELY.

Więcej: https://wszystkoconajwazniejsze.pl/henry-t-greely-nauka-i-etyka-a-poprawianie-ludzi/

PAP/Marek Matacz/ad