Исследователи из Южной Кореи разработали новое поколение редакторов генома, созданных с помощью искусственного интеллекта. Ученым удалось в десятки раз повысить эффективность технологии и одновременно существенно снизить риск нежелательных изменений в ДНК. Авторы считают, что разработка может приблизить создание безопасных методов лечения наследственных заболеваний, однако пока результаты получены только в лабораторных условиях.
Исследование провели Дэсик Ким (Daesik Kim), Ён Суб Ким (Yong-Sub Kim) и Чжэ Хён Пак (Jae-Hyun Park). Результаты опубликованы в журнале Nucleic Acids Research.
Что такое редакторы оснований
Редактирование генома позволяет исправлять отдельные ошибки в последовательности ДНК — молекулы, которая хранит наследственную информацию организма.
Одним из наиболее перспективных инструментов считается адениновый редактор оснований (Adenine Base Editor, ABE). Он способен заменять аденин — одну из четырех «букв» генетического кода — на гуанин без разрыва двойной спирали ДНК. Такой подход потенциально позволяет исправлять многие наследственные мутации более безопасно по сравнению с классическими технологиями редактирования генома.
В последние годы для создания новых редакторов все чаще используют искусственный интеллект. Он помогает проектировать белки, которых не существует в природе. Однако первые модели обладали сравнительно низкой эффективностью и нередко изменяли участки ДНК, которые не требовали редактирования.
Как ученые усовершенствовали технологию
Для улучшения работы редактора исследователи использовали систему AlphaFold, которая позволяет прогнозировать пространственную структуру белков.
Проанализировав трехмерное строение редактора, ученые определили участки, отвечающие за прочное связывание с молекулой ДНК. Затем они внесли в эти области точечные изменения и добавили дополнительный белковый фрагмент, заимствованный у одного из наиболее эффективных существующих редакторов оснований.
В результате были созданы новые версии инструмента — OpenABE 1.1 и OpenABE 1.2.
Эффективность увеличилась до 36 раз
Лабораторные эксперименты показали, что новые редакторы выполняли редактирование в 16–36 раз эффективнее ранних моделей, разработанных с помощью искусственного интеллекта.
По эффективности они приблизились к редактору ABE8e, который сегодня считается одним из наиболее результативных инструментов этого класса.
Одновременно исследователям удалось значительно уменьшить число внецелевых изменений — случайных исправлений в участках ДНК, которые не должны были подвергаться редактированию. Также сократилось количество так называемых побочных изменений, возникающих рядом с целевой последовательностью.
Технологию испытали на двух типах генетического материала
Авторы показали, что OpenABE способен работать не только с ДНК клеточного ядра, но и с митохондриальной ДНК.
Митохондрии — это структуры клетки, отвечающие за выработку энергии. Они содержат собственную молекулу ДНК, мутации в которой могут вызывать тяжелые наследственные заболевания. Исправлять такие мутации значительно сложнее, чем изменения в ядерной ДНК.
Кроме того, исследователи использовали специально разработанные вирусоподобные частицы (engineered Virus-Like Particles, eVLP) для доставки редактора внутрь клеток. Такие частицы не являются полноценными вирусами и применяются как транспортная система для переноса молекул в клетки.
По данным авторов, этот способ позволяет ограничить действие редактора только необходимыми клетками и потенциально повысить безопасность терапии.
Что это означает
По словам Дэсика Кима (Daesik Kim), исследование демонстрирует, что сочетание искусственного интеллекта и рационального конструирования белков позволяет устранить многие ограничения первых поколений редакторов генома.
Авторы полагают, что новая технология может ускорить разработку методов лечения заболеваний, вызванных мутациями как в ядерной, так и в митохондриальной ДНК.
При этом исследование не означает, что технология готова к применению в клинической практике. До начала испытаний с участием пациентов необходимо подтвердить ее безопасность и эффективность в дополнительных доклинических исследованиях.
Подробнее о современных технологиях редактирования генома можно прочитать в соответствующем материале на МКБ-11.
Ограничения исследования
Работа посвящена лабораторной разработке нового инструмента редактирования генома. Авторы не проводили клинических исследований с участием людей и не оценивали эффективность лечения конкретных наследственных заболеваний.
Хотя количество внецелевых изменений удалось существенно уменьшить, полностью исключить их возникновение пока невозможно. Поэтому безопасность технологии предстоит подтвердить в дальнейших исследованиях.
Литература
Hwang H.-Y., et al. Structure-guided engineering of AI-derived adenine base editors for nuclear and mitochondrial DNA editing. Nucleic Acids Research. 2026. DOI: 10.1093/nar/gkag737.