Фото: ethz.ch

Вчені з ETH Zurich (Швейцарського федерального технологічного інституту в Цюріху) за допомогою штучного інтелекту розробили метод виробництва великих молекул ДНК, які містять кілька сотень генів. Вони створили перший геном бактерії, від початку і до кінця розроблений за допомогою комп’ютерного алгоритма. Зразки всіх послідовностей геномів організмів, що існують на землі, зберігаються в базі даних Національного центру біотехнологічної інформації в США. І тепер в базі з’явився новий запис: першого у світі комп’ютерного генома Caulobacter ethensis 2.0. Фактично це величезна молекула ДНК, біологічної форми для якої ще не існує в природі.

Як з’явився C. ethensis 2.0?

C. ethensis 2.0 заснований на геномі добре вивченої і нешкідливої прісноводної бактерії Caulobacter crescentus, яка мешкає у джерельній воді, прісних річках і озерах по всій земній кулі. Бактерія безпечна для людини. С. crescentus зазвичай використовується у дослідницьких лабораторіях для вивчення життя бактерій. У геномі даного організму міститься 4 тисячі генів. Близько 680 з них мають вирішальне значення для виживання виду в лабораторних умовах, тобто, бактерії з таким «мінімальним» геномом можуть виживати і поза живою природою.

Авторами дослідження є біолог Біт і хімік Матіас Крістен (Beat and Matthias Christen). Спочатку вчені хотіли синтезувати геном з нуля, як безперервну кільцеву хромосому. Вперше штучно синтезований бактеріальний геном створив 11 років тому генетик Крейг Вентер (Craig Venter), проте це була лише точна копія природного геному. Вченим ETH Zurich вдалося зробити набагато більше: вони застосували комп’ютерний алгоритм щоб радикально змінити геном, і їм це вдалося. В ході експерименту дослідники синтезували 236 окремих сегментів, які потім зв’язали в єдину систему. Завдання ускладнювалось тим, що молекули ДНК не просто приєднуються одна до одної, але можуть скручуватися у вузли і петлі так, що процес створення послідовності стає просто неможливим.
Інтелектуальний алгоритм, розроблений вченими, працював з надмірністю генетичного коду (здатністю ДНК по-різному «пакувати» інформацію). Завдяки ШІ-програмі біотехнологи повністю переписали геном, створили нову послідовність молекул ДНК, проте біологічна функція білків у ній залишилася незмінною. Фактично отримали той самий живий організм, але в іншому «тілі».

«Переписаний» геном представляє величезний інтерес для біологів. Цей експеримент дозволить вченим розібратися в тому, чи правильно сучасні генетики розуміють принципи формування ДНК, а також усуне прогалини у теорії формування геному. В майбутньому на підставі результатів експерименту біологи зможуть створити версію генома 3.0, повідомив Біт Крістен.

Потенціал для біотехнологій

Незважаючи на те, що поточна версія генома не ідеальна, дослідження показує, як саме побудовані біологічні системи. У найближчі роки імовірна розробка алгоритму для будь-якого генома відповідно до потреб людини. Щоб зробити це, достатньо використовувати комп’ютерну програму і нейронні мережі, підкреслив Матіас Крістен.

Те, на що у Крейга Вентера пішло 10 років, штучний інтелект зробив за рік (причому, вартість проекту склала 120 тисяч швейцарських франків, у порівнянні з експериментом Вентера за 40 мільйонів доларів). Біологи сподіваються, що скоро стане можливим виробництво функціональних бактеріальних клітин з таким геномом. Сфери їх використання: виробництво складних фармацевтичних молекул, вітамінів. Застосувати технологію можна для всіх мікроорганізмів, а не тільки для Caulobacter. Наступний крок – виробництво ДНК-вакцин.

 

Читайте також:

Transpara – інтелектуальна система для читання мамограм і виявлення раку грудей

«Розумний» помічник Alexa – тепер в ролі медичного консультанта

Автор: Петро Голодій


Коментарi