CRISPR – наиболее современная и простая технология редактирования генома, применение которой открывает большие перспективы в биомедицинском направлении. Суть метода заключается в таргетном воздействии на ДНК с помощью фермента Cas9.
Новой альтернативой данного метода является технология CRISPR-Cas13, при которой фермент Cas13 связывается с РНК. Таргетное редактирование РНК также может иметь широкий спектр применения: блокировка РНК и экспрессии определенного гена или в скрининговых исследованиях при отборе молекулы в разработке новых терапевтических средств; также РНК является основным генетическим субстратом у многочисленных вирусов, в том числе у SARS-CoV-2 и вируса гриппа.
Механизм работы технологии CRISPR-Cas13
Исследование было проведено в Нью-Йоркском университете, его результаты опубликованы в журнале Nature Biotechnology. Его главная цель заключалась в повышении точности новой технологии за счет «правильной» активности РНК-таргетирования методом CRISPR на определенные участки РНК при отсутствии «побочной» активности на другие участки РНК.
Предыдущие исследования технологии редактирования РНК были в большей мере сфокусированы на ее «правильной» активности, в то время как «побочная» активность, в частности при мутациях по типу инсерции или делеции (которые составляют до 1/5 всех мутаций у человека), изучена сравнительно плохо.
В рамках данной работы измерялась активность более 200 000 направляющих РНК в ключевых генах клеток человека. На помощь исследователям были подключены специализированные технологии глубокого машинного обучения (deep learning) под названием TIGER (Targeted Inhibition of Gene Expression via guide RNA design). Сравнение прогнозов, формируемых с помощью данного алгоритма, с результатами лабораторных тестов позволили искусственному интеллекту корректно предсказывать как правильную, так и побочную активность, что в конечном счете значительно увеличивало эффективность CRISPR- Cas13 технологии.
Алгоритм машинного обучения TIGER позволяет улучшить технологию CRISPR- Cas13 за счет улучшенного баланса между отключением определенных участков РНК, на которые изначально была направлена молекулярная система редактирования генома, и избеганием отключения похожих участков нуклеотидных последовательностей.
Использование искусственного интеллекта в геномике является примером одного из наиболее обоснованных и уместных применений данных технологий ввиду их способности работать с огромными объемами данных, характерных для геномики, и проводить эксперименты с высокой пропускной способностью.
Материал подготовлен в рамках проекта «Медицина в ��очке бифуркации». Проект поддержан грантом Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий»