AI e CRISPR controlam precisamente a expressão gênica
Em um relatório fascinante publicado na revista Nature Biotechnology, pesquisadores da Universidade de Nova York, da Universidade Columbia e do New York Genome Center apresentam uma nova descoberta sobre a inteligência artificial aplicada ao CRISPR. A inteligência artificial foi capaz de prever a atividade-alvo e fora do alvo das ferramentas CRISPR que miram o RNA em vez do DNA. Essa nova técnica combina um modelo de aprendizado profundo com telas CRISPR para controlar a expressão de genes humanos de maneiras precisas.
O CRISPR é uma tecnologia de edição de genes com muitas aplicações na biomedicina e além, desde o tratamento da anemia falciforme até a criação de verduras mais saborosas. Tradicionalmente, essa técnica trabalha direcionando o DNA usando uma enzima chamada Cas9. Nos últimos anos, os cientistas descobriram que existe outro tipo de CRISPR que mira o RNA usando uma enzima chamada Cas13.
Os CRISPRs direcionados ao RNA podem ser utilizados em diversas aplicações, incluindo edição do RNA, diminuição da expressão de genes específicos e triagem em larga escala para identificar promissores candidatos a medicamentos. Além disso, por ser o material genético predominante em vírus como o SARS-CoV-2 e gripes, os CRISPRs direcionados ao RNA também podem ser promissores no desenvolvimento de novos métodos para prevenir ou tratar infecções virais. Vale destacar que nas células humanas, quando um gene é expresso, uma das primeiras etapas é a criação de RNA a partir do DNA no genoma.
O objetivo principal desse estudo foi maximizar a atividade dos CRISPRs direcionados ao RNA no RNA alvo pretendido e minimizar a atividade em outros RNAs, o que poderia ter efeitos colaterais negativos na célula. Atividades fora do alvo incluem desajustes entre o guia e o RNA alvo, bem como mutações de inserção e deleção. Estudos anteriores sobre CRISPRs direcionados ao RNA focaram somente na atividade-alvo e nos desajustes; prever as atividades fora do alvo, especialmente as mutações de inserção e deleção, não foi bem estudado. Em populações humanas, cerca de uma em cada cinco mutações são de inserções ou deleções, tornando esses tipos potenciais de fora do alvo importantes para o design dos CRISPRs.
Para alcançar seus resultados, os pesquisadores realizaram uma série de telas CRISPR direcionadas ao RNA em células humanas. Eles mediram a atividade de 200.000 guias RNAs direcionados a genes essenciais nas células humanas, incluindo guias “perfeitamente compatíveis” e com desajustes, inserções e deleções fora do alvo.
A equipe liderada por Sanjana se juntou aos especialistas em aprendizado de máquina do laboratório de David Knowles para criar um modelo de aprendizado profundo chamado TIGER (Inibição Direcionada da Expressão Gênica através do Design do guia RNA), que foi treinado com os dados das telas CRISPR. Comparando as previsões geradas pelo modelo de aprendizado profundo com testes laboratoriais em células humanas, o TIGER foi capaz de prever tanto a atividade-alvo quanto a fora do alvo, superando modelos anteriores desenvolvidos para o design de guias Cas13 e fornecendo a primeira ferramenta para prever a atividade fora do alvo dos CRISPRs direcionados ao RNA.
A combinação da inteligência artificial com a tela CRISPR direcionada ao RNA abre caminho para evitar atividades indesejadas dos CRISPRs e impulsionar o desenvolvimento de uma nova geração de terapias direcionadas ao RNA. Com suas previsões precisas sobre os resultados possíveis, espera-se que o TIGER ajude os pesquisadores na escolha adequada dos guias RNA e no controle preciso da expressão gênica.
Em suma, essa pesquisa inovadora mostra como a inteligência artificial pode ser usada para melhorar a eficiência e a segurança das aplicações do CRISPR em diversos campos.
setores. A combinação do modelo de aprendizado profundo TIGER com as telas CRISPR direcionadas ao RNA permitiu prever tanto a atividade-alvo quanto a atividade fora do alvo dos CRISPRs, proporcionando uma ferramenta inovadora para o design de guias RNA e controle preciso da expressão gênica.
Essa descoberta é especialmente importante para o desenvolvimento de terapias direcionadas ao RNA, que podem ter aplicações no tratamento de doenças genéticas, diminuição da expressão de genes específicos e triagem para identificação de candidatos a medicamentos. Além disso, os CRISPRs direcionados ao RNA também podem ser promissores na prevenção e tratamento de infecções virais, como o SARS-CoV-2.
Com a utilização da inteligência artificial, os pesquisadores poderão evitar atividades indesejadas dos CRISPRs e otimizar o design dos guias RNA, aumentando a eficiência e a segurança das aplicações do CRISPR. Essa pesquisa representa um avanço significativo no campo da edição de genes e abre caminho para o desenvolvimento de novas terapias e tratamentos baseados no CRISPR direcionado ao RNA.
Tabela HTML:
| Descoberta | Aplicações | Resultados |
|---|---|---|
| Inteligência artificial aplicada ao CRISPR direcionado ao RNA | Terapias direcionadas ao RNA, tratamento de doenças genéticas, triagem de candidatos a medicamentos, prevenção e tratamento de infecções virais | Previsão precisa da atividade-alvo e fora do alvo dos CRISPRs, controle preciso da expressão gênica, aumento da eficiência e segurança das aplicações do CRISPR |
Com informações do site New York University.