Вчені зі Шанхаю здійснили прорив у галузі генної інженерії, створивши новий інструмент для редагування ДНК. Використовуючи штучний інтелект, дослідники модифікували крихітний білок Fanzor, отриманий з лісових грибів, перетворивши його на високоточний редактор геному під назвою enFanzor. Результати дослідження опубліковано в авторитетному журналі Nature Communications.

Від природи до лабораторії: завдання оптимізації

Природний білок Fanzor спочатку привернув увагу генетиків своїми компактними розмірами — він удвічі менший за стандартну систему CRISPR, що складається з понад 1300 амінокислот. Однак у природному вигляді цей білок практично не функціонував у клітинах людини, що робило його непридатним для медичної практики.

Замість традиційного та тривалого ручного перебору мутацій, вчені довірили процес оптимізації комп'ютерній моделі Fanzor-Fitness Predictor. Нейромережа проаналізувала закономірності у споріднених природних білках і, не вдаючись до попередніх лабораторних тестів, відібрала найкращі варіанти точкових замінь.

Результати роботи алгоритмів

Комбінація з п'яти топових мутацій, запропонованих ШІ, дала колосальний ефект: ефективність редагування людського гена зросла з 3% до 36% — майже в 12 разів. Але робота не обмежилася лише білком. Другим етапом стало скорочення розміру «навігатора» системи — гід-РНК, яка спрямовує білок-ніж до потрібного ділянки ДНК.

Оригінальна гід-РНК складалася з 350 нуклеотидів, що робило її занадто громіздкою для транспортування вірусом та дорогою у виробництві. Після фільтрації нейромережею та зміцнення структури довжину молекули вдалося скоротити до 75 «літер». Це зменшення склало майже 80%.

Неочікуваний ефект стиснення

Стиснення провідника дало неочікуваний побічний ефект: enFanzor почав працювати значно точніше, практично повністю ліквідувавши «мішеневі» помилкові розрізи в геномі. Крім того, компактна гід-РНК дозволила вперше створити на базі Fanzor ефективний базовий редактор. Цей інструмент здатний проводити делікатну заміну однієї літери ДНК без розриву самої ланцюга, при цьому точність точкової поправки зросла з 7% до 33%.

Новий редактор довів свою конкурентоспроможність, на рівних змагаючись зі стандартним CRISPR, і у 22 з 24 випадків обігнав інші діючі мініатюрні аналоги.

Тести на живих організмах

Справжню силу технології продемонстрували тести на живих біологічних моделях. У експериментах зі стовбуровими клітинами людини інструмент успішно відредагував майже 50% клітин крові, націлившись на генетичний перемикач, що відповідає за спадкові захворювання, такі як важка таласемія. Для порівняння: дика, немодифікована версія білка Fanzor у цьому ж тесті ледве досягала 1% ефективності.

У експериментах на ембріонах мишей вчені ввели enFanzor для блокування гена пігментації. Результат перевершив очікування — ефективність перевищила 90%, і на світ з'явилося потомство з 12 повністю білих мишенят, кожне з яких отримало генетичну зміну.

Майбутнє генної терапії

Дослідники переконані, що цей метод відкриває нові горизонти. Тепер комп'ютерні моделі можуть за лічені дні модернізувати сотні інших малоефективних природних білків, перетворюючи їх на компактні ліки проти важких генетичних хвороб, які буде легко доставляти в організм пацієнтів.