تولد اولین ویرایشگر ژنی ساختهشده با هوش مصنوعی: OpenCRISPR-1، انقلابی در ویرایش ژنوم انسان
در یک مطالعه جدید، پژوهشگران شرکت Profluent Bio در کالیفرنیا موفق شدند با کمک هوش مصنوعی ویرایشگر ژنی کاملاً جدید به نام OpenCRISPR-1 طراحی کنند. این ویرایشگر، نخستین ویرایشگر ژنی است که به طور کامل توسط مدلهای زبانی بزرگ (LLMs) تولید شده و کارایی و دقت آن با SpCas9 (ویرایشگر متداول) برابر یا حتی بیشتر است – با وجود اینکه صدها جهش با هر پروتئین طبیعی شناختهشده فاصله دارد.
در این تحقیق، هدف طراحی ویرایشگری بود که بتواند با دقت بالا و بدون نیاز به روشهای سنتی مانند تکامل هدفمند یا جهشهای ساختاری هدایتشده، ژنوم انسان را ویرایش کند. تیم تحقیقاتی، مدل ProGen2 را که بر روی میلیاردها داده پروتئینی آموزش دیده، با استفاده از دادهای به نام CRISPR-Cas Atlas (شامل بیش از یک میلیون اپرون CRISPR از میکروبهای مختلف) برای تولید نسخههای جدید از پروتئینهای Cas9 بهینهسازی کرد. در نهایت ۴ میلیون توالی پروتئینی جدید تولید شد.
از میان آنها، ۲۰۹ توالی برای آزمایشهای سلولی انتخاب شدند و نشان دادند که برخی از آنها نه تنها عملکرد مشابه Cas9 دارند بلکه دقت و پایداری بالاتری نیز دارند. پیشبینی ساختار این پروتئینها با AlphaFold2 انجام شد.
این پیشرفت، نشاندهنده تحولی در مهندسی زیستی و ژنتیک است؛ زیرا با کمک هوش مصنوعی میتوان ابزارهای ویرایش ژن را از صفر و متناسب با نیاز طراحی کرد – برای کاربردهایی در پزشکی، کشاورزی و درمانهای دقیق ژنی.
OpenCRISPR-1 نخستین آنزیم CRISPR طراحیشده بهطور کامل با هوش مصنوعی است که دارای ۱۳۸۰ اسید آمینه و ۴۰۳ جهش نسبت به SpCas9 است. این پروتئین بدون اپیتوپهای ایمنیزای شناختهشده در SpCas9 طراحی شده، که احتمالاً موجب کاهش پاسخ ایمنی بدن میشود. محققان برای تسهیل تحقیقات، توالی این آنزیم را بهصورت عمومی منتشر کردهاند. به گفته دکتر مدنی، هدف این اقدام، دموکراتیکسازی فناوری ویرایش ژن با استفاده از هوش مصنوعی است تا زمینه را برای ساخت داروهای جدید و درمان بیماریهای ژنتیکی فراهم کند.
برای افزایش کاربردهای OpenCRISPR-1، تیم تحقیقاتی آن را به یک نیکاز تبدیل و با دآمینههای ABE8.20 و دآمینههای جدید طراحیشده با هوش مصنوعی ادغام کردند که توانایی بالایی در تبدیل A به G در ژنوم نشان داد. همچنین، آنها یک مدل RNA راهنما ساختند که کارایی برش ژن را در پروتئینهای جدید بهبود داد. با اینکه این دستاوردها آغازگر مسیر جدیدی در درمانهای ژنی دقیقتر هستند، پژوهشگران تأکید دارند که همچنان نیاز به بررسی اثرات بلندمدت، ایمنی، و بهبود ویژگیهایی مانند اختصاصیت، پایداری و اندازه آنزیم وجود دارد. همچنین، دغدغههایی درباره عدالت در دسترسی و مسائل اخلاقی در استفاده از ابزارهای طراحیشده با هوش مصنوعی نیز مطرح شده است.
منبع : Design of highly functional genome editors by modeling the universe of CRISPR-Cas sequences