Инновации в редактировании генома

Источник

Технология CRISPR-Cas используется для редактирования генов, похоже на редактирование текста в компьютере. В этой технологии используются специальные ферменты, называемые нуклеазами*, которые могут точечно изменять генетический материал организма. С помощью CRISPR-Cas можно "вырезать" определенные участки ДНК и вставить новые, что позволяет исправлять ошибки в генах или добавлять нужные свойства. Это как редактирование фотографии, где можно убрать лишнее или добавить что-то новое. Такая технология открывает возможности для лечения генетических заболеваний и создания новых видов растений или животных с нужными свойствами.

*Нуклеазы - это ферменты, способные разрушать или обрабатывать нуклеиновые кислоты, такие как ДНК и РНК. В контексте генной инженерии и технологии CRISPR-Cas, нуклеазы играют важную роль в процессе редактирования генома, так как они способны точечно разрезать ДНК в определенных местах, что позволяет вносить изменения в генетическую информацию организма. В исследовании, на которое ссылается предоставленный файл, ученые генерировали новые нуклеазы, подобные Cas9, с помощью языковых моделей, чтобы исследовать их потенциал для генной редакции.

Особенности CRISPR-Cas:

1. Разнообразие CRISPR-ассоциированных белковых семейств: Исследование показало, что с помощью языковых моделей можно значительно расширить разнообразие последовательностей CRISPR-ассоциированных белков, выходящих за рамки естественно встречающихся вариантов. 1[b]
2. Генерация новых нуклеаз, подобных Cas9: Авторы смогли сгенерировать новые нуклеазы, похожие на Cas9, но с сотнями мутаций по сравнению с естественными белками. Некоторые из этих сгенерированных нуклеаз продемонстрировали высокую эффективность и специфичность редактирования генома.
3. Создание открытой системы редактирования генов OpenCRISPR-1: На основе этих исследований была разработана открытая система редактирования генов OpenCRISPR-1, которая может служить альтернативой широко используемой системе SpCas9.
4. Использование языковых моделей для дизайна CRISPR-Cas систем: Работа демонстрирует эффективность применения языковых моделей для генерации новых CRISPR-ассоциированных белков и систем, расширяя возможности для разработки улучшенных инструментов генной редакции. 1

Таким образом, ключевыми уникальными чертами CRISPR-Cas системы, описанными в данном исследовании, являются расширение последовательного разнообразия, генерация новых высокоактивных нуклеаз и создание альтернативной системы редактирования генов на основе языковых моделей.

Вот некоторые выжимки из документа

1. Авторы использовали языковые модели для генерации новых последовательностей белков, связанных с системой CRISPR-Cas.
   Они создали обширный набор данных CRISPR-Cas Atlas и использовали его для обучения моделей.
   Ученые в этом исследовании использовали специальные языковые модели, чтобы создавать новые белки, связанные с системой CRISPR-Cas. Вот как это происходило:
   
   Сначала они собрали большую базу данных CRISPR-Cas Atlas, в которой содержится информация о множестве различных CRISPR-Cas систем. Эта база данных помогла обучить языковые модели, чтобы они могли понять, как устроены и как работают CRISPR-Cas белки.
   
   После этого модели использовали для генерации новых последовательностей белков, похожих на Cas9 - ключевой фермент в системе CRISPR. Оказалось, что модели могут создавать совершенно новые варианты Cas9, которые сильно отличаются от природных, но при этом сохраняют свою функциональность.
   
   В результате ученые разработали новую систему редактирования генов, которую назвали OpenCRISPR-1. Она может стать альтернативой широко используемой системе SpCas9 для редактирования ДНК. Таким образом, применение языковых моделей позволило расширить разнообразие CRISPR-Cas систем и создать новые инструменты для генной инженерии. Авторы исследования создали обширный набор данных под названием CRISPR-Cas Atlas, который они использовали для обучения своих моделей:
   
   Для создания CRISPR-Cas Atlas, ученые скачали и проанализировали огромное количество геномных данных - 26,2 терабайта собранных микробных геномов и метагеномов из различных общедоступных источников, таких как IMG/M, ENA и NCBI. Они использовали специальные алгоритмы для быстрого поиска и извлечения участков ДНК, содержащих CRISPR-системы.
   
   В итоге был собран набор из 1,246,163 потенциальных CRISPR-Cas оперонов, в среднем длиной 7,701 пар оснований и содержащих около 5-6 генов, включая Cas-белки. Этот обширный массив данных о разнообразных CRISPR-Cas системах и был назван CRISPR-Cas Atlas.
   
   Авторы использовали CRISPR-Cas Atlas для обучения своих языковых моделей, чтобы те могли генерировать новые последовательности CRISPR-ассоциированных белков. Таким образом, создание этого крупного набора данных стало ключевым шагом, позволившим ученым применить методы машинного обучения для разработки новых CRISPR-Cas систем.
   
2. Языковые модели позволили сгенерировать высоко функциональные нуклеазы, подобные SpCas9, с сотнями мутаций по сравнению с естественными белками.
   Была разработана открытая система редактирования генов OpenCRISPR-1 на основе этих исследований, как альтернатива SpCas9.
   Ученые использовали языковые модели для создания новых нуклеаз, похожих на SpCas9, но с большим количеством мутаций. Процесс выглядел так:
   
   1. Сначала они собрали огромный объем данных о CRISPR-Cas системах, чтобы обучить модели. Эти данные помогли моделям понять, как устроены белки CRISPR-Cas.
   
   2. Затем модели использовали эти знания для генерации новых последовательностей нуклеаз, подобных Cas9. Удивительно, что модели смогли создавать белки с высокой функциональностью, даже с большим количеством изменений по сравнению с естественными белками.
   
   3. После этого ученые выбрали 209 созданных нуклеаз для тестирования в клетках человека. Они обнаружили, что некоторые из этих новых белков работали так же хорошо или даже лучше, чем SpCas9, который является одним из основных инструментов для редактирования генома.
   
   Таким образом, использование языковых моделей позволило создать новые функциональные нуклеазы, открывая новые возможности для генной инженерии и редактирования генома.
   Система редактирования генов OpenCRISPR-1 - это новый инструмент, созданный учеными для изменения генетической информации в клетках. Она похожа на набор инструментов для редактирования текста, но работает с генами. OpenCRISPR-1 позволяет делать точечные изменения в ДНК, подобно исправлению опечаток в тексте. Эта система может быть использована для лечения генетических болезней, создания новых видов растений или животных с нужными свойствами. Важно, что OpenCRISPR-1 может быть более эффективной и безопасной альтернативой другим методам редактирования генов.
   
   
3. Работа демонстрирует эффективность использования языковых моделей для создания новых CRISPR-ассоциированных систем. Использование языковых моделей в этой работе показало свою эффективность в создании новых систем, связанных с CRISPR. Вот несколько причин, почему это так:
   
   1. Языковые модели позволили создать гораздо больше разнообразных белков, чем это было доступно в природе. Это значит, что мы теперь имеем больше вариантов для выбора и использования в генной инженерии.
   
   2. Некоторые из созданных белков показали сравнимую или даже лучшую активность и специфичность по сравнению с уже существующими белками, такими как SpCas9. Это означает, что новые системы могут быть более эффективными в редактировании генома.
   
   3. Созданная система OpenCRISPR-1, разработанная с помощью языковых моделей, оказалась совместимой с базовым редактированием генов. Это делает ее удобной и доступной для широкого использования в исследованиях и коммерческих приложениях.
   
   Таким образом, использование языковых моделей позволило не только расширить разнообразие и улучшить функциональность CRISPR-ассоциированных систем, но и сделало процесс создания новых инструментов для генной редакции более эффективным и доступным.
   
   
4. Исследование показывает перспективы применения языковых моделей в разработке улучшенных инструментов для редактирования генома. Исследование демонстрирует несколько перспективных направлений применения языковых моделей для улучшения инструментов редактирования генома:
   
   1. Расширение разнообразия CRISPR-Cas систем. Языковые модели позволяют создавать множество новых вариантов белков, связанных с CRISPR, которые отличаются от природных. Это дает больше возможностей для выбора наиболее подходящих инструментов для редактирования ДНК.
   
   2. Повышение эффективности и точности редактирования. Некоторые из сгенерированных с помощью моделей белков показали даже лучшую активность и специфичность, чем широко используемый Cas9. Это означает, что новые системы могут быть более эффективными и точными при редактировании генома.
   
   3. Создание альтернативных систем редактирования. Разработанная система OpenCRISPR-1 является примером того, как языковые модели могут помочь создать новые инструменты для генной инженерии, которые могут стать доступной альтернативой существующим методам.
   
   В целом, использование языковых моделей открывает перспективы для значительного улучшения технологий редактирования генома. Это может повлиять на многие области, от лечения генетических заболеваний до создания новых видов растений и животных с желаемыми свойствами. Такие усовершенствованные инструменты могут стать мощным средством для решения широкого круга задач в биологии, медицине и сельском хозяйстве.
   

Kandinsky по запросу: процесс генерации новых CRISPR-ассоциированных белков.