AI は、細胞のタンパク質産生を制御する合成 DNA の設計を支援します



AI の助けを借りて、スウェーデンの Chalmers 工科大学の研究者は、細胞のタンパク質産生を制御する合成 DNA の設計に成功しました。 この技術は、現在よりもはるかに迅速かつ大幅に低コストで、ワクチン、重篤な疾患の治療薬、および代替食品タンパク質の開発と生産に貢献できます。

私たちの遺伝子がどのように発現されるかは、すべての生物の細胞の機能の基本となるプロセスです。 簡単に言えば、DNA の遺伝コードは分子メッセンジャー RNA (mRNA) に転写され、細胞の工場にどのタンパク質をどの量で生産するかを伝えます。

研究者たちは、遺伝子発現の制御に多大な努力を払ってきました。これは、とりわけ、タンパク質ベースの医薬品の開発に貢献できるためです。 最近の例は、Covid-19に対するmRNAワクチンで、体の細胞にコロナウイルスの表面にあるのと同じタンパク質を生成するように指示しました. 体の免疫システムは、ウイルスに対する抗体を形成することを学ぶことができます. 同様に、特定説(推定)のタンパク質の生成の背後にある遺伝子コードを理解すれば、がん細胞やその他の複雑な病気を打ち負かすように体の免疫システムを教えることが可能です.

今日の新薬のほとんどはタンパク質ベースですが、DNA の発現方法を制御することが難しいため、それらを製造する技術は高価で時間がかかります。 昨年、システム生物学の准教授である Aleksej Zelezniak が率いる Chalmers の研究グループは、特定説(推定)の DNA 配列からどの程度のタンパク質が作られるかを理解し、制御する上で重要な一歩を踏み出しました。

「最初は、DNA 分子の指示を完全に『読む』ことができるようにすることでした。今では、特定説(推定)のタンパク質の量を制御するための正確な指示を含む独自の DNA を設計することに成功しました」と、研究グループの最新の重要な情報について突破口。

オーダーメイドのDNA分子

新しい方法の背後にある原理は、AI が実在の人物のように見える顔を生成する場合と似ています。 AI は、多数の顔がどのように見えるかを学習することで、まったく新しい自然な顔を作成できます。 たとえば、顔を老けて見えるようにしたり、髪型を変えたりするなどして、顔を簡単に変更できます。 一方、AI を使用せずにゼロから本物の顔をプログラミングすることは、はるかに困難で時間がかかるものでした。 同様に、研究者の AI は DNA の構造と制御コードを教えられています。 次に、AI は合成 DNA を設計します。この場合、遺伝子発現の目的の方向に制御情報を簡単に変更できます。 簡単に言えば、AI は必要な遺伝子の量を伝えられ、適切な DNA 配列を「印刷」します。

DNA は信じられないほど長く複雑な分子です。 したがって、読み取りと変更を繰り返して変更を加え、さらに読み取りと変更を繰り返すことは、実験的に非常に困難です。 このように、機能するものを見つけるには何年もの研究が必要です. 代わりに、AI に DNA をナビゲートする原理を学習させる方がはるかに効果的です。 そうでなければ何年もかかっていたことが、今では数週間または数日に短縮されています。」


Jan Zrimec、筆頭著者、スロベニア国立生物学研究所の研究員、Aleksej Zelezniak のグループの元ポスドク

研究者たちは、その細胞が哺乳類の細胞に似ている酵母 Saccharomyces cerevisiae でこの方法を開発しました。 次のステップは、ヒト細胞を使用することです。 研究者たちは、彼らの進歩が既存の薬だけでなく新薬の開発にも影響を与えることを期待しています.

「複雑な病気や代替の持続可能な食品タンパク質のためのタンパク質ベースの医薬品は、開発に何年もかかる可能性があり、開発に非常に費用がかかる可能性があります.一部は非常に高価で、投資収益率を得ることが不可能であり、経済的に実行不可能になります.私たちの技術を使用すると、タンパク質をより効率的に開発および製造して、市場に出すことができます」と Aleksej Zelezniak 氏は述べています。

ソース:

チャーマーズ工科大学

ジャーナルの参照:

Zrimec、J.、他。 (2022) 制御 DNA の深い生成設計による遺伝子発現の制御。 ネイチャー・コミュニケーションズ。 doi.org/10.1038/s41467-022-32818-8.



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