Фото: ethz.ch

Ученые из ETH Zurich (Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе) с помощью искусственного интеллекта разработали метод производства больших молекул ДНК, которые содержат несколько сотен генов. Они создали первый геном бактерии, от начала и до конца разработанный с помощью компьютерного алгоритма. Примеры всех последовательностей геномов организмов, существующих на земле, хранятся в базе данных Национального центра биотехнологической информации в США. И теперь в базе появилась новая запись: первого в мире компьютерного генома Caulobacter ethensis 2.0. Фактически это огромная молекула ДНК, биологической формы для которой еще не существует в природе.

Как появился C. ethensis 2.0?

C. ethensis 2.0 основан на геноме хорошо изученной и безвредной пресноводной бактерии Caulobacter crescentus, которая обитает в родниковой воде, пресных реках и озерах по всему земному шару. Бактерия безопасна для человека. С. crescentus обычно используется в исследовательских лабораториях для изучения жизни бактерий. В геноме данного организма содержится 4 тысячи генов. Около 680 из них имеют решающее значение для выживания вида с лабораторных условиях, то есть, бактерии с таким «минимальным» геномом могут выживать и вне живой природы.

Авторами исследования являются биолог Бит и химик Матиас Кристены (Beat and Matthias Christen). Изначально ученые хотели синтезировать геном с нуля, как непрерывную кольцевую хромосому. Впервые искусственно синтезированный бактериальный геном создал 11 лет назад генетик Крейг Вентер (Craig Venter), однако это была лишь точная копия естественного генома. Ученым ETH Zurich удалось сделать намного больше: они применили компьютерный алгоритм чтобы радикально изменить геном, и им это удалось. В ходе эксперимента исследователи синтезировали 236 отдельных сегментов, которые затем связали в единую систему. Задача усложнялась тем, что молекулы ДНК не просто могут присоединяться друг к другу, но могут скручиваться в узлы и петли так, что процесс создания последовательности становится просто невозможным.

Интеллектуальный алгоритм, разработанный учеными, работал с избыточностью генетического кода (способностью ДНК по-разному «упаковывать» информацию). Благодаря ИИ-программе биотехнологи полностью переписали геном, создали новую последовательность молекул ДНК, однако биологическая функция белков в ней осталась неизменной. Фактически получили тот же живой организм, но в другом «теле».

«Переписанный» геном представляет огромный интерес для биологов. Этот эксперимент позволит учёным разобраться в том, правильно ли современные генетики понимают принципы формирования ДНК, а также устранит пробелы в теории формирования генома. В будущем на основании результатов эксперимента биологи смогут создать версию генома 3.0, сообщил Бит Кристен.

Потенциал для биотехнологий
Несмотря на то, что текущая версия генома не идеальна, исследование показывает, как именно построены биологические системы. В ближайшие годы вероятна разработка алгоритма для любого генома в соответствии с потребностями человека. Чтобы сделать это, достаточно использовать компьютерную программу и нейронные сети, подчеркнул Матиас Кристен.

То, на что у Крейга Вентера ушло 10 лет, искусственный интеллект сделал за год (причем, стоимость проекта составила 120 тысяч швейцарских франков, в сравнении с экспериментом Вентера за 40 миллионов долларов). Биологи надеются, что скоро станет возможным производство функциональных бактериальных клеток с таким геномом. Cфера их использования: производство сложных фармацевтических молекул, витаминов. Применить технологию можно для всех микроорганизмов, а не только для Caulobacter. Следующий шаг – производство ДНК-вакцин.

 

Читайте также:

Transpara – интеллектуальная система для чтения маммограмм и выявления рака груди

«Умный» помощник Alexa – теперь в роли медицинского консультанта а

Автор: Петр Голодий


Теги: ,
Комментарии