在一直探索以前未知的CRISPR基因编辑系统的历程中,,,,研究职员从温泉、泥炭沼泽、粪便甚至酸奶中征采种种微生物。。。现在,,,,由于天生式人工智能的前进,,,,他们可能只需按一下按钮就可以设计出这些系统。。。
据《自然》报道,,,,日前,,,,研究职员宣布了他们怎样使用一种名为卵白质语言模子的天生式人工智能工具设计CRISPR基因编辑卵白质的细节,,,,并证实其中一些系统如预期那样事情。。。
今年2月,,,,另一个团队宣布,,,,他们已经开发出了一种基于微生物基因组的模子,,,,并用它来设计新的CRISPR系统,,,,该系统由DNA或RNA切割酶和RNA分子组成。。。
“这真的只是皮毛罢了。。。这批注,,,,用机械学习模子设计这些重大系统是可能的。。。”机械学习科学家、美国生物手艺公司Profluent首席执行官Ali Madani说。。。4月22日,,,,Madani团队在预印本效劳器bioRxiv上宣布了一篇尚未经由偕行评审的论文,,,,报告了他们所说的“首次完全使用机械学习设计的卵白质乐成编辑人类基因组”。。。
中国香港大学合成生物学家Alan Wong体现,,,,自然爆发的基因编辑系统在它们可以靶向的序列以及可以做出的改变方面保存局限性。。。因此,,,,关于某些应用来说,,,,找到合适的CRISPR可能是一个挑战。。。“使用人工智能扩大编辑的规模可能会有所资助。。。”他说。。。
只管像ChatGPT这样的谈天机械人是以现有文本举行训练后处置惩罚语言的,,,,但CRISPR设计人工智能是在大宗生物数据上举行训练的,,,,这些数据是卵白质或基因组序列形式的。。。这一“预训练”办法的目的是让模子深入相识自然爆发的遗传序列,,,,好比哪些氨基酸倾向于组合在一起。。。然后,,,,这些信息可以应用于建设全新序列之类的使命。。。
Madani团队此前曾使用他们开发的卵白质语言模子ProGen来开发新的抗菌卵白。。。为了设计新的CRISPR,,,,该团队用数百万种差别的CRISPR系统重新训练了一个更新版本的ProGen。。。
由于CRISPR基因编辑系统不但包括卵白质,,,,还包括指定其靶点的RNA分子,,,,Madani团队开发了另一小我私家工智能模子来设计这些“指导RNA”。。。
然后,,,,该团队使用神经网络设计了数百万个新的CRISPR卵白序列,,,,这些序列属于自然界中发明的数十个差别的此类卵白质家族。。。
为验证人工智能设计的CRISPR是否是真正的基因编辑器,,,,Madani团队合成了与CRISPR-Cas9系统中200多种卵白质设计相对应的DNA序列。。。
当研究职员将这些序列——Cas9卵白和“指导RNA”——插入人类细胞时,,,,许多基因编辑器能够准确地切割基因组中的预期靶点。。。
最有远景的Cas9卵白——一种名为OpenCRISPR-1的分子,,,,在切割靶向DNA序列方面与普遍使用的细菌CRISPR-Cas9酶一样有用,,,,并且它在过失的地方切割的次数要少得多。。。研究职员还使用OpenCRISPR-1设计建设了一个碱基编辑器——这是一种准确的基因编辑工具,,,,可以改变单个DNA的“字母”,,,,发明它也与其他碱基编辑系统一样高效,,,,并且不太容易蜕化。。。
另一个团队由美国斯坦福大学盘算生物学家Brian Hie和美国Arc研究所生物工程师Patrick Hsu向导,,,,他们使用了一种能够天生卵白质和RNA序列的人工智能模子。。。这个名为EVO的模子在来自细菌和古细菌以及其他微生物序列的8万个基因组上举行了训练,,,,总计有3000亿个DNA碱基。。。Hie和Hsu的团队尚未在实验室测试其设计。。。但他们展望,,,,该团队设计的一些CRISPR–Cas9系统的结构与自然卵白质的结构相似。。。这项事情也在预印本效劳器bioRxiv上宣布。。。
西班牙巴塞罗那分子生物学研究所的盘算生物学家Noelia Ferruz Capapey说:“这太神奇了。。。”与一些获得专利的基因编辑工具差别,,,,研究职员可以无限制地使用OpenCRISPR-1分子,,,,这给她留下了深刻印象。。。
Madani说,,,,希望人工智能设计的基因编辑工具比现有的CRISPR更适合医学应用。。。他增补说,,,,Profluent希望与开发基因编辑疗法的公司相助,,,,以测试人工智能天生的CRISPR。。。