Naučnici kreiraju sistem „biološke veštačke inteligencije“ radi dobijanja molekula sa novim funkcijama

Australijski naučnici su uspešno razvili istraživački sistem koji koristi „biološku veštačku inteligenciju“ za dizajn i evoluciju molekula sa novim ili poboljšanim funkcijama direktno u ćelijama sisara.

Istraživači kažu da ovaj sistem predstavlja moćno novo sredstvo koje će pomoći naučnicima da razviju specifičnija i delotvornija istraživačka oruđa ili genske terapije.

Preporučujemo

Nazvan PROTEUS (proteinska evolucija putem selekcije), sistem koristi „upravljanu evoluciju“, laboratorijsku tehniku koja imitira prirodnu moć evolucije. Međutim, umesto godina ili decenija, ovaj metod ubrzava cikluse evolucije i prirodne selekcije,omogućavajući im da stvore molekule sa novim funkcijama u roku od nekoliko nedelja.

Ovo bi moglo imati direktan uticaj na pronalazak novih, efikasnijih lekova. Na primer, sistem može biti primenjen za unapređenje tehnologije genske modifikacije kao što je CRISPR.

„PROTEUS može biti upotrebljen za stvaranje novih molekula uveliko podešenih za funkcionisanje u našim telima, i možemo ga upotrebiti za stvaranje novog leka koji bi inače bilo teško ili nemoguće napraviti pomoću postojećih tehnologija“, kaže profesor Greg Nili, načelnik laboratorije za funkcionalnu genomiku na Sidnejskom univerzitetu.

„Novost u našem radu je da, dok upravljana evolucija prvenstveno deluje u bakterijskim ćelijama, PROTEUS može da evoluira molekule u ćelijama sisara“.

PROTEUS-u možete zadati neki problem sa neizvesnim rešenjem slično upitu nekoj platformi veštačke inteligencije. Na primer, problem može biti kako efikasno isključiti gen bolesti u našem telu. Sistem zatim koristi upravljanu evoluciju da bi istražio milione mogućih sekvenci koje još ne postoje prirodno i pronalazi molekule sa svojstvima krajnje prilagođenim rešavanju problema. To znači da može pomoći da se pronađe rešenje za koje bi istraživaču obično trebalo više godina – ako ga uopšte pronađe.

PROTEUS je upotrebljen za razvoj poboljšanih verzija proteina koji se mogu lakše regulisati lekovima, i nanotela (mini-verzija antitela) koja mogu detektovati oštećenje DNK, bitan proces koji pokreće kancer. Međutim, istraživači kažu da PROTEUS nije ograničen na to i da se može upotrebiti za unapređenje funkcije većine proteina i molekula.

Otključavanje molekularnog mašinskog učenja

Prvobitni razvoj upravljane evolucije, izveden prvo kod bakterija, nagrađen je Nobelovom nagradom za hemiju 2018. godine.

„Otkriće upravljane evolucije promenilo je putanju biohemije. Sad, pomoću PROTEUS-a, možemo da programiramo ćeliju sisara sa genetskim problemom koji nismo sigurni kako da rešimo. Kontinuiran rad našeg sistema znači da možemo redovno da pogledamo da bismo razumeli kako rešava genetski izazov“, kaže Kristofer Denes iz Centra Čarls Perkins i Škole za nauke o životu i životnoj sredini.

Najveći izazov je bio kako osigurati da ćelija sisara izdrži multiple cikluse evolucije i mutacija i da ostane stabilna, bez „podvala“ sistema i nekog trivijalnog rešenja. Ključ je bio u upotrebi čestica nalik himernom virusu – kombinacija spoljnog omotača jednog virusa sa genima drugog virusa – što je blokiralo „podvale“ sistema.

Upotrebom delova dve značajno različite familije virusa dobijeno je najbolje od oba sveta – sistem je omogućavao ćelijama da procesuiraju više mogućih rešenja paralelno, tako da su poboljšana rešenja pobeđivala i postajala dominantnija, dok netačna rešenja nestaju.

PROTEUS je stabilan, robustan i potvrđen u nezavisnim laboratorijama. Druge laboratorije mogu slobodno da prilagode ovu tehniku, kažu naučnici. Primenom PROTEUS-a može se osnažiti razvoj nove generacije enzima, molekularnih alata i terapija.

„Sistem je slobodno dostupan istraživačkoj zajednici i sa uzbuđenjem čekamo da vidimo kako će ga ljudi koristiti. Naši ciljevi su unapređenje tehnologija genske modifikacije ili usavršavanje mRNK lekova u cilju moćnijih i specifičnijih efekata“, kaže profesor Nili.

(Telegraf Nauka/MedicalXpress)