По-безопасен метод за редактиране на гени
Изследователите изобретиха прости протеини наречени „цинкови пръсти“. Тези специални протеини са разработени частично чрез изкуствен интелект.
Учени от Университета на Торонто и Медицинския факултет Гросман на Нюйоркския университет откриха метод, който се очаква да ускори развитието на генните терапии. Това може да промени начина, по който лекарите третират ДНК грешките, които се случват с течение на времето. Последното се дължи на факта, че нашите гени се променят естествено с напредване на възрастта, което прави грешките неизбежни. Може да се случи също поради генетични заболявания или по рождение.
Грешки в последователността на ДНК буквите, които кодират инструкциите за всяка човешка клетка, водят до различни заболявания. С помощта на техники за редактиране на гени, които пренареждат тези букви, учените понякога могат да коригират възникналите грешки.
Други нарушения се дължат на проблеми с начина, по който клетките разчитат ДНК, а не на дефект в самото кодиране. Ген, който казва на клетката как да произведе специфичен протеин, често работи с други молекули, наречени транскрипционни фактори.
Свръхактивните или недостатъчно активните гени играят роля при неврологични заболявания, като диабет и рак. В резултат на това учените търсят начини да върнат активността към нормалното.
Редактирането с цинков пръст е точно такъв метод. Той може да променя и регулира гените. Цинковите пръсти са един от най-често срещаните видове протеинови структури в тялото. Те могат да ръководят възстановяването на ДНК, като ползват ензими, които приличат на ножици, и им казват да изрежат грешните части от кода.
Какво представляват?
Цинковият пръст е малък протеинов структурен мотив, характеризиращ се с координирането на един или повече цинкови йони от група аминокиселинни остатъци. Цинковите пръсти обикновено се състоят от няколко бета листа и алфа спирали, а остатъците от цистеин и хистидин държат цинковите йони заедно.
Те се намират в различни протеини, включително транскрипционни фактори, ДНК-свързващи протеини и ензими. Имат съществено значение за много биологични процеси, като възстановяване на ДНК, контролиране работата на гените и взаимодействие с други протеини.
Как работят?
Цинковите пръсти могат да се прикрепят към транскрипционните фактори и да ги привличат към област на гена, която трябва да бъде регулирана. Генните инженери могат да коригират активността на всеки ген, като променят тези инструкции. Като недостатък се явява фактът, че е трудно да се направят изкуствени цинкови пръсти, които могат да вършат специфична работа.
Изследователите трябва да могат да изберат от огромен брой възможни комбинации, как всеки цинков пръст взаимодейства със своя съсед, за да направи всяка желана генетична промяна. Това е така, защото тези протеини се свързват с ДНК по много сложни начини. Тук се намесва AI. Именно него са използвали учените, за да се опитат да решат този сложен проблем.
Нова технология заобикаля този казус чрез моделиране и проектиране на взаимодействия с помощта на изкуствен интелект (AI). Екранът от над 50 милиарда потенциални взаимодействия цинков пръст-ДНК в лабораториите на изследователите произведе данните, използвани за изграждане на модела.
Безопасен метод
Редактирането с цинков пръст може да бъде по-безопасна алтернатива на CRISPR. Последното е ключова технология за редактиране на гени, която може да се използва за намиране на нови начини за унищожаване на ракови клетки и създаване на култури с повече хранителни вещества. CRISPR, използва протеини от бактерии, за да взаимодейства с генетичния код, докато цинковите пръсти се правят само от хора. Иновацията може да предизвика активиране на имунната система на пациентите.
Авторите смятат, че инструментите с цинкови пръсти може да са по-полезни за генната терапия от CRISPR, защото са по-малки и представляват по-малък риск за имунната система. Това е така, защото има повече начини инструментите да се доставят до подходящите клетки на пациента.
В бъдеще този подход може да помогне за коригиране на заболявания от генетично естество. Екипът планира да подобри алгоритъма на изкуствения интелект, за да направи по-точни групи от цинкови пръсти, които ще задействат само необходимата промяна.
