La IA adapta l’ADN artificial per al desenvolupament futur de fàrmacs

24 de novembre de 2022

(Notícies de Nanowerk) Amb l’ajuda de la intel·ligència artificial, els investigadors de la Chalmers University of Technology, Suècia, han aconseguit dissenyar ADN sintètic que controla la producció de proteïnes de les cèl·lules (“Control de l’expressió gènica amb un disseny generatiu profund de l’ADN regulador”). La tecnologia pot contribuir al desenvolupament i producció de vacunes, fàrmacs per a malalties greus, així com proteïnes alimentàries alternatives molt més ràpid i a costos significativament més baixos que els actuals.

Com s’expressen els nostres gens és un procés fonamental per a la funcionalitat de les cèl·lules de tots els organismes vius. En poques paraules, el codi genètic de l’ADN es transcriu a la molècula d’ARN missatger (ARNm), que indica a la fàbrica de la cèl·lula quina proteïna ha de produir i en quines quantitats.

Els investigadors s’han esforçat molt per intentar controlar l’expressió gènica perquè pot, entre altres coses, contribuir al desenvolupament de fàrmacs basats en proteïnes. Un exemple recent és la vacuna d’ARNm contra Covid-19, que va instruir a les cèl·lules del cos per produir la mateixa proteïna que es troba a la superfície del coronavirus. Aleshores, el sistema immunitari del cos podria aprendre a formar anticossos contra el virus. De la mateixa manera, és possible ensenyar al sistema immunitari del cos a derrotar les cèl·lules canceroses o altres malalties complexes si s’entén el codi genètic darrere de la producció de proteïnes específiques.

La majoria dels nous fàrmacs actuals estan basats en proteïnes, però les tècniques per produir-los són alhora cares i lentes, perquè és difícil controlar com s’expressa l’ADN. L’any passat, un grup de recerca de Chalmers, dirigit per Aleksej Zelezniak, professor associat de biologia de sistemes, va fer un pas important per entendre i controlar la quantitat d’una proteïna que es fa a partir d’una determinada seqüència d’ADN.

“Primer es tractava de poder “llegir” completament les instruccions de la molècula d’ADN. Ara hem aconseguit dissenyar el nostre propi ADN que conté les instruccions exactes per controlar la quantitat d’una proteïna específica”, diu Aleksej Zelezniak sobre l’última edició important del grup de recerca. avenç.

Molècules d’ADN fetes per encàrrec

El principi darrere del nou mètode és similar a quan una intel·ligència artificial (IA) genera cares que semblen persones reals. En aprendre com és una gran selecció de cares, la IA pot crear cares completament noves però d’aspecte natural. Aleshores, és fàcil modificar una cara, per exemple, dient que hauria de semblar més antiga o tenir un pentinat diferent. D’altra banda, programar una cara creïble des de zero, sense l’ús de la IA, hauria estat molt més difícil i consumit temps. De la mateixa manera, a la IA dels investigadors se li ha ensenyat l’estructura i el codi regulador de l’ADN. Llavors, la IA dissenya ADN sintètic, on és fàcil modificar la seva informació reguladora en la direcció desitjada d’expressió gènica. En poques paraules, a la IA se li diu la quantitat d’un gen que es desitja i després “imprimeix” la seqüència d’ADN adequada.

“L’ADN és una molècula increïblement llarga i complexa. Per tant, experimentalment, és extremadament difícil fer-hi canvis llegint-lo i canviant-lo de manera iterativa, i després llegint-lo i canviant-lo de nou. D’aquesta manera, calen anys d’investigació per trobar alguna cosa que funcioni. En canvi, és molt més efectiu deixar que una IA aprengui els principis de navegar per l’ADN. El que d’altra manera triga anys es redueix ara a setmanes o dies”, diu el primer autor Jan Zrimec, investigador associat de l’Institut Nacional de Biologia d’Eslovènia i postdoctoral anterior al grup d’Aleksej Zelezniak.

Els investigadors han desenvolupat el seu mètode en el llevat Saccharomyces cerevisiae, les cèl·lules del qual s’assemblen a cèl·lules de mamífer. El següent pas és utilitzar cèl·lules humanes. Els investigadors esperen que el seu progrés tingui un impacte en el desenvolupament de fàrmacs nous i existents.

“Els fàrmacs basats en proteïnes per a malalties complexes o les proteïnes alimentàries sostenibles alternatives poden trigar molts anys i ser extremadament cars de desenvolupar-se. Alguns són tan cars que és impossible obtenir un retorn de la inversió, cosa que els fa inviables econòmicament. Amb la nostra tecnologia, és possible desenvolupar i fabricar proteïnes de manera molt més eficient perquè es puguin comercialitzar”, diu Aleksej Zelezniak.

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *