Российские ученые предложили новую архитектуру нейронной сети, которая способна предсказать, насколько точно выбрана «нацеливающая» на редактируемый ген РНК. Этот подход позволит эффективнее изменять ДНК при помощи популярной методики CRISPR/CAS, а значит, поможет при создании новых подходов к получению генетически модифицированных организмов и разработке способов терапии тяжелых наследственных заболеваний.
- Источник:
- Getty Images
В 2011–2013 году ученые из разных лабораторий мира (Д. Даудна, Э. Шарпентье, Ф. Джанг в США и В. Шикснис в Литве) независимо друг от друга смогли адаптировать систему CRISPR/Cas к изменению произвольных последовательностей ДНК в клетках человека и животных, сделав редактирование генома значительно проще и эффективнее. Ключевые элементы технологии — гидовая, или наводящая, РНК и белок Cas9, который разрезает ДНК в месте, соответствующем ее последовательности. Затем клетка «залечит» разрез, но изменения уже будут внесены. Однако наводящая РНК не всегда попадает в нужное место и может неверно направить «генетические ножницы» Cas9. Важно превратить технологию CRISPR/Cas в современный высокоточный инструмент, что особенно критично в случае медицинских вмешательств.
Ученые из Сколтеха применили глубокое обучение, гауссовские процессы и другие методы, чтобы решить проблему более точного выбора оптимальных наводящих РНК. Результатом стал набор нейросетей, которые представляют собой математические модели, реализованные в виде последовательных умножений матриц — больших наборов чисел со сложной внутренней структурой. Нейросеть способна к обучению благодаря наличию «памяти», определенным образом изменяемой каждый раз, когда система считает в режиме тренировки. Алгоритм оценивает вероятности разрезания ДНК-мишеней в правильном месте для заданных гидовых РНК.
«Результаты нашей работы могут быть применимы в любом приложении технологий, которые основаны на CRISPR/Cas, будь то терапия генетических заболеваний, агротехнологии или эксперименты в фундаментальных научных исследованиях», — рассказывает аспирант Сколтеха Богдан Кириллов, один из создателей нового метода.
В целом разработанный российскими учеными метод упрощает проблему подбора правильного инструмента для высокоточного редактирования ДНК, а значит, экономит время и ресурсы. Редактирование ДНК в перспективе может помочь в разработке терапии некоторых наследственных болезней.
Использованы материалы пресс-службы РНФ
