Umělá inteligence vylepšuje CRISPR. Úprava genů bude snazší

Genetické nůžky CRISPR-Cas9 mění dnešní svět jako málokterá jiná technologie. Jejich dopad by se dal srovnat snad jen s umělou inteligenci. Díky nim vznikají léky na dříve neléčitelné nemoci, vědci uvažují o tom, jak zbavit lidi ztráty sluchu, vylepšovat plodiny k vyšší plodnosti nebo odolnosti a také s nimi odhalují samotné základy života.

Vědci ale vlastně CRISPR-Cas9 nevymysleli. Našli ho v přírodě, konkrétně u bakterií, které se tímto mechanismem brání vůči virům. Lidští výzkumníci vlastně CRISPR „jenom“ ochočili.

A od té doby biochemici usilovně pátrají po dalších podobných tricích, které by mohli využít. Hledají je v mikrobech ve vodě, ve vzduchu, na temných místech na dně oceánů i v horkých pramenech nebo pivních kvasnicích. Ale teď přišli na další možnost, odkud podobné „další CRISPRy“ získat: ze snů umělých inteligencí (AI).

Umělé inteligence a nové biologické zázraky

Už před několika lety vědci upozornili na schopnost AI popisovat strukturu proteinů. AI to trvalo asi deset měsíců, přitom lidé na tom bez zásadního průlomu pracovali celé dekády. Letos jeden z týmů popsal, jak využili neuronovou síť vycvičenou na milionech bílkovinných sekvencí k návrhu proteinů pro úpravu genů CRISPR. Některé z těchto systémů fungují v laboratoři přesně podle očekávání.

Už v únoru přitom jiný tým oznámil, že vyvinul model vytrénovaný na mikrobiálních genomech a použil ho k návrhu nových systémů CRISPR, které se skládají z enzymu stříhajícího DNA nebo RNA a molekul RNA, které molekulární nůžky nasměrují, kam mají stříhat.

Podle expertů v oboru, kteří se vyjádřili pro odborný časopis Nature a zpravodajský web The New York Times, jde o značný pokrok, který umožňuje, aby se systémy CRISPR začaly využívat mnohem šířeji než v současné době.

Jazyk jako jazyk

Tyto úspěchy jsou v podstatě velmi podobné tomu, jak umělé inteligence pracují s přirozeným jazykem. Ten je podobně jako genetický kód vlastně souborem symbolů, které se podle nějakých pravidel seskupují a dohromady mají určité funkce. AI se tak může učit pracovat s kódy proteinů stejně jako chatboti na článcích, knihách nebo videích.

Stroj se tak na daném vzorku naučí dost, aby dokázat předpovědět, jak se budou chovat jiné podobné proteiny. Například pochopí, jak se k sobě budou dvě aminokyseliny hodit nebo jak budou fungovat dvě genetické sekvence vedle sebe.

AI pak vybavená touto znalostí může plnit spoustu různých úkolů, včetně navrhování zcela nových sekvencí. Dalo by se to připodobnit ke skládání kostiček lega, ale kdyby tyto kostičky měly tisíce různých tvarů, které ne vždy jdou napojit na sebe.

Vědci, kteří letos v dubnu v tomto úkolu uspěli, vylepšili systém známý jako ProGen. Ten už předtím využívali k vymýšlení nových antibakteriálních proteinů, teď ho ale přeškolili k tomu, aby „vyvíjel nové CRISPRy“.

Výsledky jsou zatím jen předběžné, ale zdá se, že se podařilo uspět v tom, aby se tento nástroj stal více univerzálním než v minulosti. Autoři z Kalifornské univerzity také dali celý model volně k dispozici, takže si budou moci vlastní „genetické nůžky“ vyvíjet i další laboratoře. A tím by se také dalo dříve dosáhnout přenosu těchto objevů do praxe.