新的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)更準(zhǔn)確的 DNA 編輯

2021年12月31日整理發(fā)布：俄羅斯生物信息學(xué)家提出了一種新的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，能夠評估指導(dǎo) RNA 被選擇用于基因編輯實驗的程度。他們的方法將通過流行的 CRISPR/Cas 方法促進(jìn)更有效的 DNA 修飾，因此將有助于開發(fā)新的策略來創(chuàng)建轉(zhuǎn)基因生物并找到治療嚴(yán)重遺傳性疾病的方法。該研究由俄羅斯科學(xué)基金會資助，發(fā)表在《核酸研究》雜志上。

基因組編輯，尤其是 CRISPR/Cas 方法，廣泛用于實驗生物學(xué)的各個領(lǐng)域，以及農(nóng)業(yè)和生物技術(shù)。

CRISPR/Cas 是細(xì)菌用來對抗病毒的眾多武器之一。當(dāng)感染發(fā)生時，病原體的 DNA 會穿透細(xì)胞，并且由于其序列與細(xì)菌的序列不同，Cas 蛋白會將其識別為外來遺傳物質(zhì)并將其切割。為了讓細(xì)菌更快地對病毒做出反應(yīng)，細(xì)胞會儲存病原體 DNA 的片段——就像計算機(jī)防病毒軟件保存病毒特征的集合一樣——并將它們傳遞給下一代，這樣它的 Cas 就可以阻止進(jìn)一步的攻擊。

2011-2013 年，來自不同實驗室(美國的 Jennifer Doudna、Emmanuelle Charpentier 和 Feng Zhang，以及立陶宛的 Virginijus Šikšnys)的團(tuán)隊相互獨(dú)立地將 CRISPR/Cas 系統(tǒng)應(yīng)用于將任意變化引入 DNA 序列的任務(wù)在人類和動物細(xì)胞中，使基因組編輯變得更加容易和高效。該系統(tǒng)的核心元素是“標(biāo)記點”的向?qū)?RNA 和在該位置切割 DNA 的 Cas9 蛋白。然后細(xì)胞“修補(bǔ)傷口”，但已經(jīng)對遺傳密碼進(jìn)行了更改。

問題是引導(dǎo) RNA 靶向并不總是精確的，可能會誤導(dǎo) Cas9。將 CRISPR/Cas 技術(shù)轉(zhuǎn)化為實用的高精度工具非常重要，尤其是在醫(yī)療干預(yù)方面。

由 Konstantin Severinov 領(lǐng)導(dǎo)的 Skoltech 研究人員使用深度學(xué)習(xí)、高斯過程和其他方法來使最佳引導(dǎo) RNA 的選擇更加準(zhǔn)確。該團(tuán)隊制作了一組神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，即以矩陣的順序乘法實現(xiàn)的可訓(xùn)練數(shù)學(xué)模型——具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的大型數(shù)字?jǐn)?shù)組。一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)W習(xí)，因為它在被以一種特殊的方式在系統(tǒng)每次完成訓(xùn)練模式的計算時間改變數(shù)字的形式“記憶”。該團(tuán)隊在包含數(shù)萬個經(jīng)過實驗驗證的引導(dǎo) RNA 的不同數(shù)據(jù)集上訓(xùn)練模型，這些引導(dǎo) RNA 在人類和動物細(xì)胞中表現(xiàn)出高精度。

標(biāo)簽：