В нужное время, в нужном месте: ученые смогли включать и выключать отдельные гены

Исследователи из Лаборатории Джексона (JAX), Массачусетского технологического института и Гарварда, а также Йельского университета с помощью искусственного интеллекта разработали новые переключатели ДНК, известные как цис-регуляторные элементы (CRE), которые контролируют экспрессию генов с поразительной точностью. Их работа позволяет более контролируемо активировать или подавлять гены в определенных типах клеток, что является прорывом, имеющим потенциальное применение в генном лечении заболеваний и медицинских исследованиях, пишет ScienceDaily.

У Фокус.Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и увлекательные новости из мира науки!

Традиционно генная терапия сталкивается с проблемами, связанными с воздействием на конкретные ткани, не затрагивая при этом весь организм. Однако с помощью новых элементов CRE, разработанных искусственным интеллектом, ученые смогли включать или выключать гены в целевых клетках, таких как клетки мозга, печени или крови, не активируя их в других тканях.

Исследование, опубликованное в журнале Nature и соавтором которого является доктор Райан Тьюхи из JAX, подчеркивает специфичность этих новых синтетических CRE, разработанных с помощью методов глубокого обучения, основанных на сотнях тысяч последовательностей ДНК. "Это дает нам возможность повышать или понижать экспрессию гена только там где это нужно, не затрагивая остальной организм", — заявил Тьюхи. Синтетические ДНК-переключатели уникальны своей способностью обеспечивать тканеспецифическую экспрессию генов — уровень контроля, недостижимый с помощью природных CRE из-за эволюционных ограничений. Они играют важнейшую роль в регулировании активности генов в различных тканях, гарантируя, что гены, необходимые в одной части тела, например в мозге, не будут ошибочно активированы в других местах, приводя к непредвиденным осложнениям в лечении и исследованиях.

Ученые использовали искусственный интеллект для предсказания активности различных последовательностей CRE, выявив новые паттерны в ДНК, влияющие на уровень экспрессии генов. Эта информация сыграла решающую роль в разработке CODA (Computational Optimization of DNA Activity) — платформы искусственного интеллекта, которая позволяет создавать синтетические CRE, предназначенные для активации генов в определенных тканях. Команда успешно протестировала синтетические элементы как в клетках, так и в живых организмах, таких как рыба и мыши, доказав их эффективность.

В качестве примера они привели CRE, который активировал флуоресцентный белок именно в печени рыб, не проявляя активности в других тканях. Этот прорыв открывает новые возможности для точного генного контроля в медицинских процедурах, обеспечивая основу для будущих генных терапий, которые могут быть направлены на конкретные ткани или органы, которые раньше были недоступны для такого точечного лечения, считают авторы.

Совершенствуя синтетические CRE, исследователи надеются разработать терапевтические стратегии, которые минимизируют побочные эффекты и повысят эффективность лечения на основе генетики. Возможность создания таких переключателей для узкоспециализированного применения представляет собой значительный скачок вперед для технологий редактирования генов и медицины будущего.

Также Фокус писал об улучшении технологии редактирования генов CRISPR. Новая версия показывает, что повышение точности технологии CRISPR-Cas9 снижает риск трансформации раковых клеток при генной терапии.