Редагування генів із підтримкою штучного інтелекту стало можливим завдяки «OpenCRISPR-1»

Революція CRISPR

CRISPR (кластеризовані регулярні проміжні короткі паліндромні повтори) — нещодавно відкритий інструмент для генетичного редагування. Він дозволяє дуже точно і спрямовано редагувати гени, і його першовідкривачі виграли Нобелівська премія 2020 року.

джерело: Співробітники лабораторії

Першою відкритою системою CRISPR була CRISPR-Cas9, і з тих пір було виявлено або створено багато модифікованих систем CRISPR. Детальніше про технічні деталі CRISPR ви можете прочитати в нашій статті «Що таке CRISPR-Cas12a2? & Чому це важливо? "

CRISPR знаходиться в авангарді геномної революції, і перші методи генної терапії, які використовують його, тепер схвалені для лікування захворювань крові, про що ми детально досліджували в «Як компанії CRISPR націлені на серповидноклітинну анемію".

З моменту відкриття пошук того, як використовувати CRISPR для модифікації певного гена або послідовності ДНК, був кропіткою справою, яка потребувала багато досвіду та ручної роботи. Але це може змінитися завдяки швидкому розвитку інструментів ШІ.

AI + CRISPR

Дослідники з Університету Берклі досліджували використання LLM (моделей великих мов) у поєднанні з технологією CRISPR та опублікували свої результати в науковій статті «Розробка високофункціональних редакторів геному шляхом моделювання всесвіту послідовностей CRISPR-Cas».

Точніше, вони зібрали набір даних з 1 мільйона оперонів CRISPR з 26 терабаз, які вартують бази даних геномів (26 трильйонів генетичних баз).

Потім вони використали штучний інтелект, щоб створити мільйони різноманітних білків, подібних до CRISPR, які не існують у природі, а також «послідовності однонаправленої РНК для Cas9-подібних ефекторних білків».

Випробовуючи реальну ефективність цих нових CRISPR-подібних білків і РНК-послідовностей, вони виявили, що згенеровані генні редактори демонструють порівнянну або покращену активність і специфічність відносно SpCas9.

Чому це має значення?

CRISPR-Cas9 спочатку був знайдений у бактеріях, які використовують його як захист від вірусів.

У результаті введення CRISPR-Cas9 у клітину людини може зробити редагування генів менш ефективним, ніж у бактеріальній клітині. Це пояснюється тим, що всі природні системи CRISPR є бактеріальними і не оптимізовані для функціонування в більш складних клітинах.

Це також означає, що ймовірно, що інші системи, схожі на CRISPR, можуть бути розроблені для досягнення більш ефективних, точніших або швидших результатів, ніж природні CRISPR-Cas9.

Однак дотепер пошук таких нових CRISPR-подібних систем обмежувався пошуком нових бактеріальних CRISPR, таких як Cas12 (віддає перевагу Медицина Едадас), і ми сподіваємося, що вони потужніші, ніж перші виявлені.

Завдяки ШІ, здатному генерувати мільйони нових можливих послідовностей, це відкриває можливість знайти «ідеальну» систему CRISPR для генної терапії у людей. А також може дозволити розробити систему CRISPR, оптимізовану для конкретних тканин людини, а також видів тварин чи рослин.

Це також може відкрити шлях для нових типів редагування генів, не дозволених стандартом CRISPR-Cas9, як-от редагування основи, прайму або епігенома.

Редагування генів Open-AI

Продемонструвавши потенціал редактора генів, створеного штучним інтелектом, дослідники вирішили оприлюднити його для громадськості.

Цей ШІ, сумісний із базовим редагуванням, отримав назву OpenCRISPR-1.

Відкрити CRISPR-1 – Джерело: Пропливний

Ця модель була пов’язана зі стартапом у Берклі Profluent, перша компанія з розробки протеїнів штучного інтелекту. Зробити OpenCRISPR-1 програмним забезпеченням з відкритим кодом Рішення спільно дослідники Берклі та Profluent, прагнучи демократизувати технологію.

Ви можете знайти файли та документацію про OpenCRISPR-1 на GitHub. Він вільний для використання, зокрема для комерційного використання, але вимагає ліцензійної угоди, щоб контролювати, чи інструмент використовується безпечним і етичним способом.

Спеціальні терапії, розроблені ШІ

Потенціал OpenCRISPR-1 абсолютно величезний і в довгостроковій перспективі може відкрити шлях до набагато ефективніших методів генної терапії.

Замість цього ми могли б уявити, що в поєднанні з ціною нижче 1,000 доларів на індивідуальне секвенування генома це могло б дозволити персоналізоване редагування генів. Тож систему CRISPR, яка використовується для редагування генів у окремого пацієнта, можна адаптувати до неї його конкретний геном замість загального шаблону, який використовується для всіх.

Однак для цього потрібен час, про що свідчить десятиліття, яке знадобилося від відкриття CRISPR до схвалення перших методів лікування. Редагування генів ніколи не є менш ризикованим заходом, і FDA, безумовно, буде обережним і вимагатиме багато даних, перш ніж дозволити використання неперевірених систем редагування генів на людях.

Компанії CRISPR

Profluent (поки що?) не є публічною компанією, але багато інших компаній дуже активно розвивають технологію CRISPR у комерційних продуктах.

1. CRISPR Терапевтичні засоби

Що відрізняє CRISPR Терапевтичні засоби Крім зіркової команди засновників, до неї входить доктор Еммануель Шарпентьє, чиє фундаментальне дослідження розкрило ключові механізми технології CRISPR-Cas9, заклавши основу для використання CRISPR-Cas9 як універсального та точного інструменту для редагування генів. Численні нагороди відзначали її роботу, включно з премією «Прорив у науках про життя».

CRISPR Therapeutics розробляє ефективну та універсальну платформу редагування генів CRISPR/Cas9 для лікування гемоглобінопатій, раку, діабету та інших захворювань.

Першою терапією, яку вони просували, була спрямовані на захворювання крові β-таласемію та серповидно-клітинну анемію.

Тепер вони затверджені під комерційною назвою Касгеві і для обох застосувань. Перша алогенна програма CAR-T компанії, спрямована на злоякісні новоутворення В-клітин, також проходить клінічні випробування.

Хоча серповидно-клітинна хвороба має невеликий ринок, коли технологія стане зрілою, вона зможе перейти до боротьби з іншими переносниками захворювань.

Прогрес у технології CRISPR, як-от OpenCRISPR-1, може стати великою перевагою для компаній із схваленими продуктами, такими як CRISPR Therapeutics та її партнерів Вершина. Завдяки новій вдосконаленій системі CRISPR вони зможуть за кілька років оновити лікування β-таласемії та серповидно-клітинної анемії. Це також поновить відповідну інтелектуальну власність і патенти, дозволяючи Casgevy довше залишатися прибутковим продуктом.

2. Ginkgo Bioworks Holdings, Inc.

Компанія виробляє організми на вимогу для певного застосування. Він широко диверсифікував свої програми завдяки багатьом дослідницьким програмам і партнерствам:

• Канабіноїди
• Виробництво мРНК вакцини та медицина нуклеїнових кислот
• Харчові білки
• Виробництво біологічних добрив у партнерстві з Bayer
• Програмовані мікроби для кишкових захворювань
• Біоремедіація мікропластику
• Біозахист і виявлення патогенів
• Переробка відходів і забруднень

Багато з цих модифікацій покладаються, зокрема, на CRISPR або подібні технології редагування генів його лікування раковими клітинами CAR-T.

Надаючи готову платформу для клітинної інженерії, Ginkgo стає ключовим постачальником послуг у біотехнологічній індустрії, виходячи за межі фармацевтичної промисловості в сільське господарство, біозахист і промислові хімічні процеси. Це забезпечує досвід і швидкість, а також може допомогти зменшити постійні витрати та кількість капіталовкладень, необхідних для дослідницького проекту.

Це підтверджується дуже різноманітним колом клієнтів і партнерів, яких компанія мала за останні кілька років.

джерело: Gingko Bioworks

Це приваблива акція для інвесторів, які хочуть зробити ставку на технології редагування генів і клітинної інженерії, але не на одну програму конкретно. Це також зазвичай більш цікаво для інвесторів, орієнтованих на зростання.

Поява безкоштовних інструментів із відкритим вихідним кодом, таких як OpenCRISPR-1, може стати величезним поштовхом для таких компаній, як Gingko, які більше зосереджені на розробці десятків чи сотень власних організмів і клітин, ніж на конкретній версії CRISPR або окремому лікуванні. . Таким чином, він міг би швидко отримати доступ до CRISPR, специфічного для певного виду рослин або більш ефективного щодо канабіноїдних генів тощо.