Научници су створили систем „биолошке вештачке интелигенције“

Аустралијски научници су успешно развили истраживачки систем који користи „биолошку вештачку интелигенцију“ за дизајнирање и еволуцију молекула са новим или побољшаним функцијама директно у ћелијама сисара. Истраживачи су рекли да систем представља моћан нови алат који би могао да помогне научницима да развију специфичније и ефикасније истраживачке лекове или генске терапије.

Систем, назван PROTEUS (PROTein Evolution Using Selection - ПРОТеин еволуција помоћу селекције), користи методу названу „усмерена еволуција“, лабораторијску технику која опонаша природну силу еволуције. Али уместо да траје годинама или деценијама, убрзава циклусе еволуције и природне селекције, стварајући молекуле са новим функцијама за само неколико недеља.

Ово би могло имати директан утицај на потрагу за новим, ефикаснијим лековима. На пример, систем би се могао користити за побољшање технологија за уређивање гена као што је CRISPR како би биле ефикасније.

„Ово значи да се ПРОТЕУС може користити за генерисање нових молекула који су оптимизовани за рад у нашим телима, и да можемо створити нове лекове које би било тешко или немогуће створити коришћењем тренутне технологије“, каже коаутор студије, професор Грег Нили, шеф Лабораторије за функционалну геномику др Џона и Ен Чонг на Универзитету у Сиднеју.

„Новина нашег рада је да усмерена еволуција углавном функционише у бактеријским ћелијама, док ПРОТЕУС може да еволуира молекуле у ћелијама сисара.“

Систем PROTEUS може да решава проблеме са неизвесним решењем - слично као што корисник уноси упите у платформу вештачке интелигенције. На пример, проблем може бити како ефикасно „искључити“ ген болести у телу особе.

ПРОТЕУС затим користи усмерену еволуцију да би истражио милионе могућих секвенци које још не постоје у природи и проналази молекуле са својствима која су у великој мери прилагођена проблему. То значи да ПРОТЕУС може пронаћи решења за која би људском истраживачу требало године — ако би их уопште могао пронаћи.

Научници су известили да су уз помоћ ПРОТЕУС-а развили побољшане верзије протеина које је лакше регулисати лековима, као и нанотела (мини-верзије антитела) која могу да детектују оштећење ДНК, важан процес који доприноси развоју рака. Међутим, како су аутори нагласили, примена ПРОТЕУС-а није ограничена само на ово: може се користити за побољшање функције већине протеина и молекула.

Резултати су објављени у часопису Nature Communications. Истраживање је спроведено у Центру Чарлса Перкинса на Универзитету у Сиднеју у сарадњи са истраживачима из Института Centenary.

Откриће молекуларног машинског учења

Оригинални развој методе усмерене еволуције, први пут примењен код бактерија, добио је Нобелову награду за хемију 2018. године.

„Изум усмерене еволуције променио је ток биохемије. Сада, уз помоћ ПРОТЕУС-а, можемо програмирати ћелију сисара да реши генетски проблем за који немамо спреман одговор. Ако пустимо систем да ради континуирано, можемо пратити како редовно решава проблем“, рекао је водећи истраживач др Кристофер Денес из Центра Чарлса Перкинса и Школе за животне и еколошке науке.

Главни изазов са којим су се Денес и његов тим суочили био је како учинити ћелију сисара отпорном на вишеструке циклусе еволуције и мутације, а да притом одржи њену стабилност и спречи систем да „вара“ проналажењем тривијалних решења која не испуњавају задатке.

Научници су пронашли решење у коришћењу химерних честица сличних вирусима, дизајна који се састоји од спољашње љуске једног вируса и гена другог. Овај дизајн је спречио систем да „вара“.

Дизајн је комбиновао елементе две веома различите породице вируса, стварајући „најбоље из оба света“. Добијени систем је омогућио ћелијама да паралелно обрађују многа различита могућа решења, при чему су побољшана решења постајала доминантна, а нетачна нестајала.

„PROTEUS је стабилан, робустан и валидиран је у независним лабораторијама. Подстичемо друге истраживачке групе да користе ову методу. Коришћењем PROTEUS-а, надамо се да ћемо стимулисати развој нове генерације ензима, молекуларних алата и терапије“, рекао је др Денес.

„Овај систем смо отворили за истраживачку заједницу и радујемо се што ћемо видети како ће се користити. Наш циљ је да побољшамо технологије за уређивање гена и усавршимо лекове иРНК за снажније и специфичније ефекте“, додао је професор Нили.