Το συνθετικό DNA θα μπορούσε να ελέγξει την παραγωγή πρωτεϊνών των κυττάρων

Ερευνητές στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Chalmers στη Σουηδία κατάφεραν να σχεδιάσουν συνθετικό DNA που ελέγχει την παραγωγή πρωτεΐνης των κυττάρων με τη βοήθεια της τεχνητής νοημοσύνης. Αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε να συμβάλει στην ανάπτυξη και παραγωγή εμβολίων, φαρμάκων για σοβαρές ασθένειες και εναλλακτικών πρωτεϊνών τροφίμων πολύ πιο γρήγορα και με σημαντικά χαμηλότερο κόστος από ό,τι σήμερα.

Το πώς εκφράζονται τα γονίδιά μας είναι μια διαδικασία θεμελιώδης για τη λειτουργικότητα των κυττάρων σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς. Με απλά λόγια, ο γενετικός κώδικας στο DNA αντιγράφεται στο μόριο αγγελιαφόρου RNA (mRNA), το οποίο λέει στο εργοστάσιο του κυττάρου ποια πρωτεΐνη να παράγει σε ποιες ποσότητες.

Οι ερευνητές έχουν καταβάλει μεγάλη προσπάθεια στην προσπάθεια ελέγχου της γονιδιακής έκφρασης, καθώς θα μπορούσε να συμβάλει, μεταξύ άλλων, στην ανάπτυξη φαρμάκων με βάση τις πρωτεΐνες. Ένα πρόσφατο παράδειγμα είναι το εμβόλιο mRNA κατά του Covid-19, το οποίο δίνει οδηγίες στα κύτταρα του σώματος να παράγουν την ίδια πρωτεΐνη που βρίσκεται στην επιφάνεια του κοροναϊού. Το ανοσοποιητικό σύστημα του σώματος μπορεί στη συνέχεια να μάθει να παράγει αντισώματα κατά του ιού. Ομοίως, μόλις γίνει κατανοητός ο γενετικός κώδικας πίσω από την παραγωγή ορισμένων πρωτεϊνών, είναι δυνατό να διδαχθεί το ανοσοποιητικό σύστημα του σώματος να νικήσει τα καρκινικά κύτταρα ή άλλες πολύπλοκες ασθένειες.

Πολλά από τα σημερινά νέα φάρμακα βασίζονται σε πρωτεΐνες, αλλά οι τεχνικές για την παραγωγή τους είναι και δαπανηρές και αργές, επειδή είναι δύσκολο να ελεγχθεί ο τρόπος με τον οποίο εκφράζεται το DNA. Πέρυσι, μια ερευνητική ομάδα στο Chalmers με επικεφαλής τον Aleksej Zelezniak, Αναπληρωτή Καθηγητή Συστημικής Βιολογίας, έκανε ένα σημαντικό βήμα στην κατανόηση και τον έλεγχο της ποσότητας μιας πρωτεΐνης που παράγεται από μια δεδομένη αλληλουχία DNA.

“Πρώτα απ ‘όλα, ήταν να μπορούμε να “διαβάζουμε” τις οδηγίες του μορίου DNA ακριβώς. Τώρα καταφέραμε να σχεδιάσουμε το δικό μας DNA με ακριβείς οδηγίες για τον έλεγχο της ποσότητας μιας συγκεκριμένης πρωτεΐνης”, λέει ο Aleksej Zelezniak της έρευνας. τελευταία σημαντική έκθεση του ομίλου. πηδάω

Μόρια DNA κατά παραγγελία

Η αρχή πίσω από τη νέα μέθοδο είναι παρόμοια με μια τεχνητή νοημοσύνη που δημιουργεί πρόσωπα που μοιάζουν με πραγματικούς ανθρώπους. Μαθαίνοντας πώς μοιάζει μια μεγάλη ποικιλία προσώπων, η τεχνητή νοημοσύνη μπορεί να δημιουργήσει εντελώς νέα αλλά φυσικά πρόσωπα. Τότε είναι εύκολο να αλλάξεις ένα πρόσωπο, για παράδειγμα, λέγοντας ότι πρέπει να δείχνει μεγαλύτερο ή να έχει διαφορετικό χτένισμα. Από την άλλη πλευρά, ο προγραμματισμός ενός πιστευτού προσώπου από την αρχή χωρίς τη χρήση τεχνητής νοημοσύνης θα ήταν πολύ πιο δύσκολος και χρονοβόρος. Ομοίως, η τεχνητή νοημοσύνη των ερευνητών διδάχθηκε τη δομή και τον ρυθμιστικό κώδικα του DNA. Το AI στη συνέχεια σχεδιάζει συνθετικό DNA όπου είναι εύκολο να αλλάξει τις ρυθμιστικές του πληροφορίες προς την κατεύθυνση της επιθυμητής γονιδιακής έκφρασης. Με απλά λόγια, η τεχνητή νοημοσύνη ενημερώνεται για το πόσο ένα γονίδιο είναι επιθυμητό και στη συνέχεια «τυπώνει» την κατάλληλη αλληλουχία DNA.

“Το DNA είναι ένα απίστευτα μακρύ και πολύπλοκο μόριο. Έτσι είναι εξαιρετικά δύσκολο πειραματικά να κάνεις αλλαγές διαβάζοντας και αλλάζοντας επαναλαμβανόμενα, μετά διαβάζοντας και αλλάζοντας το ξανά. Χρειάζονται χρόνια έρευνας για να βρει κάτι που λειτουργεί με αυτόν τον τρόπο. “Αφήστε τον να μάθει τις αρχές Η πλοήγηση στο DNA είναι πολύ πιο αποτελεσματική. Αυτό που διαφορετικά θα χρειαζόταν χρόνια τώρα συντομεύεται σε εβδομάδες ή ημέρες», δήλωσε ο πρώτος συγγραφέας Jan Zrimec, ερευνητής στο Εθνικό Ινστιτούτο Βιολογίας στη Σλοβενία ​​και μεταδιδακτορικός στην ομάδα του Aleksej Zelezniak.

Οι ερευνητές ανέπτυξαν τη μέθοδό τους στη ζύμη Saccharomyces cerevisiae, τα κύτταρα της οποίας μοιάζουν με κύτταρα θηλαστικών. Το επόμενο βήμα είναι η χρήση ανθρώπινων κυττάρων. Οι ερευνητές ελπίζουν ότι η πρόοδός τους θα έχει αντίκτυπο στην ανάπτυξη νέων φαρμάκων καθώς και σε υπάρχοντα.

“Τα φάρμακα με βάση τις πρωτεΐνες ή εναλλακτικές βιώσιμες πρωτεΐνες τροφίμων για σύνθετες ασθένειες μπορεί να χρειαστούν πολλά χρόνια και να είναι εξαιρετικά ακριβό να αναπτυχθούν. Μερικά είναι τόσο ακριβά που είναι αδύνατο να επιτευχθεί απόδοση επένδυσης, καθιστώντας τα οικονομικά άκυρα. Είναι δυνατή η ανάπτυξη και η ανάπτυξη παράγουν πολύ πιο αποτελεσματικά για

Αναφορά: Zrimec J, Fu X, Mohammed AS, et al. Έλεγχος γονιδιακής έκφρασης με βαθιά γενετική σχεδίαση ρυθμιστικού DNA. Nat Partner. 2022; 13(1):5099. ΕΓΩ: 10.1038/s41467-022-32818-8

Αυτό το άρθρο έχει αναδημοσιευτεί από τα ακόλουθα υλικά. Σημείωση: Το υλικό μπορεί να υποβληθεί σε επεξεργασία για το μήκος και το περιεχόμενο. Για περισσότερες πληροφορίες, επικοινωνήστε με τον αναφερόμενο πόρο.

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *