Искусственная ДНК от ИИ: революция в лечении рака

Ученые из Центра геномного регулирования в Испании достигли значительного прогресса в биологии, разработав с помощью искусственного интеллекта молекулы ДНК, способные управлять генами в здоровых клетках млекопитающих. ИИ создал искусственные фрагменты ДНК, которые могут активировать или отключать гены в определенных клетках, например, направлять стволовые клетки на превращение в клетки крови.

Эти фрагменты, называемые энхансерами, представляют собой последовательности ДНК длиной около 250 «букв» (A, T, C, G). Они регулируют экспрессию генов, определяя, какие из них будут активны в конкретных клетках. Так, ИИ может разработать энхансер, который включит ген, превращающий стволовые клетки в эритроциты, но не в тромбоциты, отвечающие за свертывание крови.

В ходе экспериментов ученые химически синтезировали эти фрагменты и доставили их в клетки крови мышей с помощью вируса. Искусственная ДНК интегрировалась в геном клеток в случайных местах. Для проверки работы системы ИИ спроектировал энхансеры, активирующие ген флуоресцентного белка, что позволяло визуально подтвердить результат. Итоги показали высокую точность: гены включались только в целевых клетках, не затрагивая остальные.

Доктор Роберт Фромель, первый автор исследования, отметил: «Это дает невероятную точность в управлении клетками». По его словам, технология открывает перспективы для лечения заболеваний, связанных с нарушениями работы генов, таких как рак или аутоиммунные расстройства. ИИ способен создавать энхансеры, не существующие в природе, и настраивать их для работы исключительно в нужных клетках, что снижает риск побочных эффектов.

Для разработки таких молекул ИИ обучали «языку клеток». Энхансеры сравнивают с грамматическими правилами, управляющими генами. Ученые проанализировали тысячи экспериментов на клетках крови, изучив взаимодействие энхансеров и белков, называемых факторами транскрипции, которые включают или выключают гены. За пять лет команда создала более 64 тысяч искусственных энхансеров — крупнейшую коллекцию подобного рода.

Исследователи отслеживали работу энхансеров на семи стадиях развития клеток крови. Большинство фрагментов действовали как регуляторы, усиливая или ослабляя активность генов. Однако некоторые комбинации факторов транскрипции давали неожиданный эффект: два фактора, которые обычно активируют ген, вместе его отключали. Это явление, названное «отрицательной синергией», стало важным открытием. Полученные данные позволили ИИ прогнозировать, какие новые энхансеры обеспечат нужный результат, даже если их не существовало ранее.

Технология может стать основой для новых методов лечения, где гены пациентов будут настраиваться с высокой точностью. Например, можно будет активировать гены, борющиеся с заболеванием, только в пораженных клетках. Однако для этого требуются дополнительные исследования и большие объемы данных. Соавтор исследования доктор Ларс Вельтен подчеркнул: «Мы расшифровали язык клеток, чтобы писать новые инструкции для них».

В будущем ученые намерены улучшить ИИ для создания более сложных энхансеров. Это открытие приближает медицину к персонализированным подходам и углубляет понимание работы клеток на молекулярном уровне. Оно также демонстрирует потенциал искусственного интеллекта как инструмента для разработки решений, которые природа еще не создала.