Zinātnieki ir izveidojuši "bioloģiskā mākslīgā intelekta" sistēmu.

Austrālijas zinātnieki ir veiksmīgi izstrādājuši pētniecības sistēmu, kas izmanto "bioloģisko mākslīgo intelektu", lai tieši zīdītāju šūnās izstrādātu un attīstītu molekulas ar jaunām vai uzlabotām funkcijām. Pētnieki apgalvo, ka sistēma ir jauns spēcīgs instruments, kas varētu palīdzēt zinātniekiem izstrādāt specifiskākas un efektīvākas pētniecības zāles vai gēnu terapijas.

Sistēma ar nosaukumu PROTEUS (PROTein Evolution Using Selection — PROTein Evolution Using Selection) izmanto metodi, ko sauc par “virzīto evolūciju” — laboratorijas tehniku, kas atdarina evolūcijas dabisko spēku. Taču tā vietā, lai tas notiktu gadiem vai gadu desmitiem, tā paātrina evolūcijas un dabiskās atlases ciklus, radot molekulas ar jaunām funkcijām tikai dažu nedēļu laikā.

Tas varētu tieši ietekmēt jaunu, efektīvāku zāļu meklēšanu. Piemēram, sistēmu varētu izmantot, lai uzlabotu gēnu rediģēšanas tehnoloģijas, piemēram, CRISPR, lai padarītu tās efektīvākas.

“Tas nozīmē, ka PROTEUS var izmantot, lai radītu jaunas molekulas, kas ir optimizētas darbam mūsu ķermenī, un mēs varam radīt jaunas zāles, kuras būtu grūti vai neiespējami radīt, izmantojot pašreizējās tehnoloģijas,” saka pētījuma līdzautors profesors Gregs Nīlijs, Sidnejas Universitātes Dr. Džona un Annas Čongu funkcionālās genomikas laboratorijas vadītājs.

"Mūsu darba jaunums ir tāds, ka virzītā evolūcija galvenokārt darbojas baktēriju šūnās, savukārt PROTEUS var attīstīt molekulas zīdītāju šūnās."

PROTEUS sistēma var atrisināt problēmas ar nenoteiktu risinājumu — līdzīgi kā lietotājs ievada vaicājumus mākslīgā intelekta platformā. Piemēram, problēma varētu būt, kā efektīvi "izslēgt" slimības gēnu cilvēka organismā.

Pēc tam PROTEUS izmanto virzītu evolūciju, lai izpētītu miljoniem iespējamu secību, kas dabā vēl nepastāv, un atrod molekulas ar īpašībām, kas ir ļoti pielāgotas problēmai. Tas nozīmē, ka PROTEUS var atrast risinājumus, kuru atrašanai cilvēkiem būtu nepieciešami gadi — ja vispār varētu.

Zinātnieki ziņoja, ka ar PROTEUS palīdzību viņi ir izstrādājuši uzlabotas olbaltumvielu versijas, kuras ir vieglāk regulēt ar zālēm, kā arī nanoķermeņus (antivielu mini versijas), kas var noteikt DNS bojājumus, kas ir svarīgs process, kas veicina vēža attīstību. Tomēr, kā uzsvēra autori, PROTEUS pielietojums neaprobežojas tikai ar to: to var izmantot, lai uzlabotu vairuma olbaltumvielu un molekulu funkciju.

Rezultāti ir publicēti žurnālā Nature Communications. Pētījums tika veikts Čārlza Perkinsa centrā Sidnejas Universitātē sadarbībā ar Centenary institūta pētniekiem.

Molekulārās mašīnmācīšanās atklāšana

Oriģinālā virzītās evolūcijas metodes izstrāde, kas pirmo reizi tika ieviesta baktērijās, 2018. gadā saņēma Nobela prēmiju ķīmijā.

“Vadītās evolūcijas izgudrojums mainīja bioķīmijas gaitu. Tagad, izmantojot PROTEUS, mēs varam ieprogrammēt zīdītāju šūnu, lai atrisinātu ģenētisku problēmu, uz kuru mums nav gatavas atbildes. Ja mēs ļaujam sistēmai darboties nepārtraukti, mēs varam regulāri uzraudzīt, kā tā atrisina problēmu,” sacīja vadošais pētnieks Dr. Kristofers Deness no Čārlza Perkinsa centra un Dzīvības un vides zinātņu skolas.

Galvenais izaicinājums, ar ko saskārās Deness un viņa komanda, bija tas, kā padarīt zīdītāju šūnu noturīgu pret vairākiem evolūcijas cikliem un mutācijām, vienlaikus saglabājot tās stabilitāti un novēršot sistēmas "krāpšanos", atrodot triviālus risinājumus, kas neatbilst konkrētajam uzdevumam.

Zinātnieki atrada risinājumu, izmantojot himēriskas vīrusam līdzīgas daļiņas — dizainu, kas sastāv no viena vīrusa ārējā apvalka un cita vīrusa gēniem. Šis dizains neļāva sistēmai "krāpties".

Dizains apvienoja divu ļoti atšķirīgu vīrusu saimju elementus, radot "labāko no abām pasaulēm". Iegūtā sistēma ļāva šūnām paralēli apstrādāt daudzus dažādus iespējamos risinājumus, uzlabotajiem risinājumiem kļūstot dominējošiem un nepareiziem izzūdot.

“PROTEUS ir stabils, noturīgs un ir apstiprināts neatkarīgās laboratorijās. Mēs mudinām citas pētniecības grupas izmantot šo metodi. Izmantojot PROTEUS, mēs ceram stimulēt jaunas paaudzes enzīmu, molekulāro rīku un terapeitisko līdzekļu izstrādi,” sacīja Dr. Deness.

“Mēs esam padarījuši šo sistēmu pieejamu pētniecības aprindām un ar nepacietību gaidām, kā tā tiks izmantota. Mūsu mērķis ir uzlabot gēnu rediģēšanas tehnoloģijas un pilnveidot mRNS zāles, lai panāktu spēcīgāku un specifiskāku iedarbību,” piebilda profesors Nīlijs.