新型工具使用AI預(yù)測(cè)基因組編輯修復(fù)選項(xiàng)的有效性

蘇黎世大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種新工具，該工具使用人工智能來(lái)預(yù)測(cè)各種基因組編輯修復(fù)選項(xiàng)的功效。因此，可以減少遺傳疾病DNA突變校正中的無(wú)意錯(cuò)誤。

基因組編輯技術(shù)為治療遺傳疾病提供了巨大的機(jī)會(huì)。廣泛使用的CRISPR/Cas9基因剪刀等方法直接解決了DNA中疾病的原因。剪刀在實(shí)驗(yàn)室中用于對(duì)細(xì)胞系和模式生物中的遺傳物質(zhì)進(jìn)行有針對(duì)性的修改，并研究生物過(guò)程。

這種經(jīng)典的CRISPR/Cas9方法的進(jìn)一步發(fā)展被稱為素?cái)?shù)編輯。與傳統(tǒng)的基因剪刀不同，傳統(tǒng)的基因剪刀在DNA分子的兩條鏈上都斷裂，主要編輯只在單鏈上切割和修復(fù)DNA。主要編輯指南RNA(pegRNA)精確地靶向基因組中的相關(guān)位點(diǎn)，并提供新的遺傳信息，然后由“翻譯酶”轉(zhuǎn)錄并整合到DNA中。

尋找最有效的DNA修復(fù)方案

主要編輯有望成為修復(fù)患者基因組中致病突變的有效方法。然而，當(dāng)談到成功應(yīng)用它時(shí)，重要的是要盡量減少意外的副作用，例如DNA校正中的錯(cuò)誤或基因組中其他地方DNA的改變。根據(jù)初步研究，與傳統(tǒng)的CRISPR/Cas9方法相比，主要編輯導(dǎo)致意外變化的數(shù)量顯著減少。

然而，研究人員目前仍然需要花費(fèi)大量時(shí)間來(lái)優(yōu)化基因組中特定靶標(biāo)的pegRNA。

每個(gè)突變有超過(guò)200種修復(fù)可能性。從理論上講，我們必須每次都測(cè)試每一個(gè)設(shè)計(jì)選項(xiàng)，以找到最有效和準(zhǔn)確的pegRNA。

施萬(wàn)克和他的研究小組需要找到一個(gè)更簡(jiǎn)單的解決方案。他們與定量生物醫(yī)學(xué)系UZH教授MichaelKrauthammer及其團(tuán)隊(duì)一起開(kāi)發(fā)了一種可以預(yù)測(cè)pegRNA效率的方法。通過(guò)在人類(lèi)細(xì)胞中測(cè)試超過(guò)100，000種不同的pegRNA，他們能夠生成一個(gè)全面的主編輯數(shù)據(jù)集。這使他們能夠確定pegRNA的哪些特性-例如DNA序列的長(zhǎng)度，DNA構(gòu)建塊的序列或DNA分子的形狀-對(duì)主要編輯過(guò)程產(chǎn)生積極或消極的影響。

隨后，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種基于AI的算法來(lái)識(shí)別與效率相關(guān)的pegRNA中的模式?；谶@些模式，經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的工具可以預(yù)測(cè)使用特定pegRNA進(jìn)行基因組編輯的有效性和準(zhǔn)確性。“換句話說(shuō)，該算法可以確定最有效的pegRNA來(lái)糾正特定突變，”MichaelKrauthammer說(shuō)。該工具已經(jīng)在人類(lèi)和小鼠細(xì)胞中成功測(cè)試，并可供研究人員免費(fèi)使用。

長(zhǎng)期目標(biāo)：修復(fù)遺傳性疾病

在新的主要編輯工具可用于人類(lèi)之前，還需要進(jìn)一步的臨床前研究。然而，研究人員相信，在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，有可能使用主要編輯來(lái)修復(fù)常見(jiàn)遺傳性疾病的DNA突變，如鐮狀細(xì)胞性貧血，囊性纖維化或代謝性疾病。

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