Sztuczna inteligencja będzie zmieniać ludzkie DNA? Naukowcy zaskoczeni

Ludzkie genomy zawierają w sobie sekwencje cis-regulacyjne. Potrafią one wręcz kontrolować sąsiednie genomy, wyłączając lub włączając je. De facto więc mogą odpowiadać za rozwój naszych organizmów... lub jego zatrzymanie. To one mogą pomóc znaleźć sposoby, jak organizm powinien reagować, aby zwalczać choroby, których jeszcze nie potrafimy leczyć.

Dla nauki problemem jest jednak fakt, że sekwencje cis-regulacyjne składają się z innego DNA niż same genomy, które mogą kontrolować. Gdy więc znamy kodowanie genomów, w ogóle nie możemy rozszyfrować cis-regulatorów. A możliwości ich kodowania są ogromne i ich poznanie to ogromne wyzwanie.

Niemniej do tej pory naukowcy nie mieli żadnego narzędzia, do możliwej próby rozkodowania cis-regulatorów. Jednak zmieniło się to wraz z rozwojem sztucznej inteligencji oraz jej uczenia maszynowego. Dzięki nim pracują nad tym właśnie inżynierzy i biolodzy z Uniwersytetu w Yale, którzy tworzą do tego specjalny program.

Uważają, że sztuczna inteligencja przy informacji, kiedy i gdzie działają cis-regulatory możemy tworzyć narzędzia do modulowania ekspresji genów na nowe sposoby, być może pewnego dnia terapeutyczne.

Naukowcy wytrenowali swój model sztucznej inteligencji, CODA, na danych z naturalnie występujących elementów regulacyjnych, aby mógł on iterować sekwencje DNA, które już działają, zamiast sortować każdą możliwą sekwencję. Wykorzystali dane z aktywności ponad 775 000 różnych elementów regulacyjnych w ludzkiej krwi, wątrobie i komórkach mózgowych hodowanych w laboratorium.

Naukowcy przetestowali zaprojektowane przez sztuczną inteligencję elementy regulacyjne w tych samych trzech rodzajach komórek. Zauważyli, że w wielu przypadkach elementy stworzone przez sztuczną inteligencję były w rzeczywistości bardziej specyficzne dla danego typu komórek niż jakakolwiek z naszych naturalnych sekwencji.

Następnie przetestowali podzbiór syntetycznych elementów w myszach i odkryli, że sekwencje te działały również w celu włączenia genów testowych w określonych typach komórek u żywych zwierząt. W jednym przypadku element regulacyjny zaprojektowany przez sztuczną inteligencję włączał gen tylko w bardzo specyficznej warstwie komórek w mózgu myszy, mimo że był dostarczany wszędzie w ciele zwierzęcia.

Naukowcy planują wykorzystać różne rodzaje komórek do opracowania elementów regulacyjnych specyficznych dla jeszcze większej liczby typów komórek. Planują również połączyć elementy zaprojektowane przez sztuczną inteligencję z innymi elementami technologii niezbędnymi do terapii genowej, zaczynając od niektórych chorób mózgu, metabolizmu lub krwi. Teoretycznie podejście to może być stosowane w przypadku leczenia każdego rodzaju choroby genetycznej.

- Istnieje wiele potencjalnych rozwiązań dla wielu różnych możliwych rzeczy, do których można chcieć wykorzystać element regulacyjny. Być może ewolucja nigdy nie chciała stworzyć naprawdę świetnego sterownika dla leku na chorobę Alzheimera, ale to nie znaczy, że nie może on istnieć - twierdzi jeden z autorów projektu dr Steven Reilly.

***

Bądź na bieżąco i zostań jednym z 90 tys. obserwujących nasz fanpage - polub Geekweek na Facebooku i komentuj tam nasze artykuły!