نقش هوش مصنوعی در ویرایش ژن میکروب ها

با استفاده از ابزار پیشرفته ویرایش ژن CRISPR-Cas9، دانشمندان ممکن است بتوانند DNA موجودات زنده را با دقت تغییر دهند.

به گزارش تکناک، اگرچه ابزار پیشرفته ویرایش ژن CRISPR-Cas9 اولین بار برای استفاده در سلول‌های یوکاریوتی (سلول‌های هسته‌دار، مانند سلول‌های موجود در گیاهان، حیوانات و انسان‌ها) ایجاد شد، تحقیقات در مورد کاربردهای آن در باکتری‌ها هنوز در حال انجام است. در واقع میزبان های طبیعی اولیه سیستم های CRISPR ، میکروب ها از جمله باکتری ها و باستانی ها بودند.

ترکیب چندین پیشرفت

محققان آزمایشگاه ملی Oak Ridge (ORNL) اکنون در حال بهبود عملکرد ابزارهای ویرایش ژنوم CRISPR  Cas9 بر روی میکروب‌ها برای تولید سوخت‌های تجدیدپذیر و مواد شیمیایی هستند. آنها این کار را با ترکیب پیشرفت های زیست شناسی کوانتومی، هوش مصنوعی و مهندسی زیستی انجام داده اند.

بسیاری از ابزارهای CRISPR برای استفاده در سلول‌های پستانداران، مگس‌های میوه یا دیگر نمونه های آزمایشگاهی ساخته شده‌اند. کری اکرت، رهبر گروه زیست شناسی مصنوعی در ORNL  گفت: تعداد کمی از این ابزارها برای استفاده درمورد میکروب‌هایی که ساختارها و اندازه‌های کروموزومی آن‌ها بسیار متفاوت است، طراحی شده‌اند.

وی افزود: ما مشاهده کرده بودیم که مدل‌های طراحی ماشین‌آلات CRISPR Cas9 هنگام کار با میکروب‌ها رفتار متفاوتی از خود نشان می‌دهند، و این تحقیق آنچه را که فقط شنیده بودیم، تأیید می‌کند.

برای بهبود مدل‌سازی و طراحی CRISPR Cas9، دانشمندان یک مدل هوش مصنوعی به نام جنگل تصادفی تکرارشونده را طراحی کردند. با استفاده از مجموعه داده ای از حدود 50000 باکتری E. coli هدایت RNA ها (مولکول های مصنوعی که آنزیم Cas9 را به یک توالی هدف خاص هدایت می کنند)، محققان به آموزش مدل پرداختند.

RNA های راهنما، مجوزی همه کاره و قابل تنظیم در سیستم CRISPR Cas9 هستند که تغییرات دقیق و هدفمند را در DNA ژنومی موجودات ممکن می سازند. این مدل به محققان کمک کرد تا فرآیندهای مولکولی پشت اثربخشی RNA های راهنمای خود را مشخص کنند و پایگاه دانش مولکولی گسترده ای را برای آنها فراهم کند که می تواند به پیشرفت فناوری CRISPR کمک کند.

ایجاد سوخت های پایدار

این یافته ها ژن (gene : basic physical and functional unit of heredity) برای مرکز نوآوری انرژی زیستی (CBI) ORNL و تلاش های آن برای تقویت فرآیندهایی که تخمیر زیست توده توسط باکتری ها را هدایت می کند و گیاهان را به عنوان سوخت برای انرژی زیستی استفاده می کند، اهمیت دارد. نتیجه نهایی این فرآیند ایجاد سوخت های پایدار است.

تازه این تمام ماجرا نیست! اکرت گفت: این مقاله حتی پیامدهایی در مقیاس انسانی دارد. اگر به دنبال هر نوع توسعه دارویی هستید، به عنوان مثال، جایی که باید از CRISPR برای هدف قرار دادن منطقه خاصی از ژنوم استفاده کنید، باید دقیق ترین مدل را برای پیش بینی این راهنماها داشته باشید.

به گفته اکرت، تیم تحقیقاتی او اکنون با همکاران علوم محاسباتی ORNL خود برای اصلاح دانش در مورد مدل جدید CRISPR Cas9 با استفاده از داده‌های گونه‌های مختلف میکروبی و همچنین مطالعات آزمایشگاهی قبلی، همکاری خواهد کرد.

در واقع افزایش ظرفیت استفاده از ابزارهای CRISPR برای ویرایش پیش‌بینی‌شده DNA ارگانیسم‌های بیشتر، یکی از اهداف اصلی این تحقیق است. این کار یک پیشرفت قابل توجه در جلوگیری از اشتباهات گران قیمت در ویرایش کدگذاری ژنتیکی موجودات زنده است که این فناوری را به طور قابل توجهی کارآمدتر می کند.

این مطالعه در مجله Nucleic Acids Research منتشر شده است.