CRISPR'ın bir sorunu var: zenginlikten duyulan utanç.

Gen düzenleme sisteminin şöhret kazanmasından bu yana, bilim insanları daha yüksek hassasiyet ve doğruluk sağlayan varyantlar arıyorlar.

Bir arama yöntemi, bakterilerin ve diğer canlıların DNA'sındaki CRISPR-Cas9 ile ilgili genleri tarar. Bir diğeri, insan vücudunda daha fazla stabilite, güvenlik ve verimlilik gibi daha iyi tedavi edici özellikler sağlamak için laboratuvarda CRISPR bileşenlerini yapay olarak geliştiriyor.

Bu veriler milyarlarca genetik diziyi içeren veritabanlarında depolanır. Bu kütüphanelerde egzotik CRISPR sistemleri gizlenmiş olsa da aranacak çok fazla giriş var.

Bu ay, CRISPR öncüsü Dr. Feng Zhang liderliğindeki MIT ve Harvard'dan bir ekip, mevcut büyük veri yaklaşımından ilham aldı ve genetik dizi denizini bilinen CRISPR sistemlerine benzer bir avuç dolusu alana daraltmak için yapay zekayı kullandı.

yapay zeka bira fabrikalarında, kömür madenlerinde, soğuk Antarktika kıyılarında ve (şaka değil) köpek tükürüğünde bulunanlar dahil olmak üzere nadir görülen bakterilerin genomlarını içeren açık kaynaklı veritabanlarını taradı.

Sadece birkaç hafta içinde algoritma, 188 yeni CRISPR tabanlı sistemi oluşturabilecek binlerce potansiyel yeni biyolojik "parçayı" saptadı; bunlardan bazıları son derece nadir olanlar da dahil.

Yeni adayların birçoğu öne çıktı. Örneğin bazıları, daha az yan etkiyle düzenleme için hedef gene daha kesin bir şekilde kilitlenebilir. Diğer varyasyonlar doğrudan kullanılamaz ancak mevcut bazı CRISPR sistemlerinin nasıl çalıştığına dair fikir verebilir; örneğin, hücreleri DNA'dan protein oluşturmaya yönlendiren "haberci" molekül olan RNA'yı hedefleyenler.

“Biyoçeşitlilik tam bir hazinedir” şuraya Zhang. "Bu analizi yapmak bir nevi bir taşla iki kuş vurmamıza olanak sağlıyor: hem biyoloji okuyoruz hem de potansiyel olarak faydalı şeyler buluyoruz" dedi katma.

Vahşi Bir Av

CRISPR, insanlarda gen düzenleme becerisiyle bilinmesine rağmen, bilim insanları sistemi ilk olarak viral enfeksiyonlarla mücadele ettiği bakterilerde keşfetti.

Bilim adamları uzun zamandır dünyanın her yerindeki kuytu köşelerden bakteri örnekleri topladılar. Giderek daha uygun fiyatlı ve verimli hale gelen DNA dizilimi sayesinde, bu örneklerin birçoğunun (bazıları havuz pisliği gibi beklenmedik kaynaklardan gelen) genetik planları çıkarıldı ve veritabanlarına depolandı.

Zhang, yeni CRISPR sistemleri arayışına yabancı değil. "Birkaç yıl önce şu soruyu sormaya başladık: 'CRISPR'ın ötesinde ne var ve doğada başka RNA programlanabilir sistemler var mı?'" Zhang söyledi MİT Haberleri bu senenin başlarında.

CRISPR iki yapıdan oluşur. Bunlardan biri, belirli bir geni hedef alan, genellikle yaklaşık 20 baz uzunluğundaki "bloodhound" kılavuz RNA dizisidir. Diğeri ise makas benzeri Cas proteinidir. Tazı bir hücrenin içine girdiğinde hedefi bulur ve makas geni keser. Temel düzenleme veya gibi sistemin daha yeni sürümleri ana düzenleme, tek harfli DNA değişimleri gerçekleştirmek ve hatta RNA hedeflerini düzenlemek için farklı Cas protein türlerini kullanın.

Geri 2021 içindeZhang'ın laboratuvarı, tamamen yeni bir aile soyunu tanımlayarak CRISPR aile ağacının kökenlerini takip etti. OMEGA olarak adlandırılan bu sistemler, yabancı kılavuz RNA'ları ve protein makaslarını kullanıyor, ancak yine de petri kaplarında kültürlenen insan hücrelerindeki DNA'yı kolaylıkla kesebiliyorlar.

Daha yakın zamanlarda, ekip aramalarını genişletti yeni bir yaşam dalına: ökaryotlara. Bitkiler, hayvanlar ve insanlar da dahil olmak üzere bu ailenin üyelerinin DNA'ları fındık benzeri bir yapının içine sıkıca sarılmıştır. Bakteriler ise tam tersine bu yapılara sahip değildir. Ekip, mantarları, algleri ve istiridyeleri tarayarak (evet, biyoçeşitlilik tuhaf ve harikadır), Fanzors adını verdikleri, insan DNA'sını düzenlemek üzere yeniden programlanabilen proteinler buldu; bu, CRISPR benzeri bir mekanizmanın ökaryotlarda da mevcut olduğunun ilk kanıtıdır.

Ancak amaç sırf bunun uğruna parlak, yeni gen editörlerinin peşine düşmek değil. Daha ziyade, genetik bozuklukları tedavi edebilen ve vücudumuzun iç işleyişini anlamamıza yardımcı olabilecek, her biri kendi güçlü yönlerine sahip bir gen düzenleyiciler koleksiyonu oluşturmak için doğanın gen düzenleme becerisinden yararlanmaktır.

Bilim insanları toplu olarak altı ana CRISPR sistemi keşfetti; örneğin bazıları farklı Cas enzimleriyle işbirliği yaparken diğerleri DNA veya RNA üzerinde uzmanlaşıyor.

“Doğa muhteşem. Çok fazla çeşitlilik var," Zhang şuraya. "Muhtemelen dışarıda daha fazla RNA programlanabilir sistem var ve biz keşfetmeye devam ediyoruz ve daha fazlasını keşfedeceğimizi umuyoruz."

Biyomühendislik Scrabble'ı

Ekip, FLSHclust adı verilen yeni yapay zekayı bunu yapmak için geliştirdi. Şaşırtıcı derecede büyük veri kümelerini analiz eden teknolojiyi (büyük belge, ses veya görüntü dosyalarındaki benzerlikleri vurgulayan yazılımlar gibi) CRISPR ile ilgili genleri avlayacak bir araca dönüştürdüler.

Algoritma tamamlandıktan sonra bakterilerdeki gen dizilerini analiz etti ve bunları gruplar halinde topladı; tıpkı renkleri bir gökkuşağında kümelemek, benzer renkleri bir arada gruplamak gibi, aradığınız rengi bulmanız daha kolay. Ekip buradan yola çıkarak CRISPR ile ilişkili genlere odaklandı.

Algoritma, bakteri ve arkelerden yüzbinlerce genom ve milyonlarca gizemli DNA dizisini içeren çok sayıda açık kaynaklı veri tabanını taradı. Toplamda milyarlarca protein kodlayan geni taradı ve bunları yaklaşık 500 milyon küme halinde gruplandırdı. Ekip bunlarda henüz kimsenin CRISPR ile ilişkilendirmediği ve binlerce yeni CRISPR sistemini oluşturabilecek 188 gen tespit etti.

Mikroplardan geliştirilen iki sistem cesaret hayvanların ve Karadeniz, CRISPR-Cas32'da kullanılan olağan 20 yerine 9 bazlık bir kılavuz RNA kullandı. Bir arama sorgusu gibi, ne kadar uzun olursa sonuçlar da o kadar kesin olur. Bu daha uzun kılavuz RNA “sorguları”, sistemlerin daha az yan etkiye sahip olabileceğini düşündürmektedir. Başka bir sistem, daha önceki CRISPR tabanlı teşhis sistemine benzer. SHERLOCKBu, bulaşıcı bir istilacıdan tek bir DNA veya RNA molekülünü hızla algılayabilmektedir.

Kültürlenmiş insan hücrelerinde test edildiğinde, her iki sistem de hedeflenen genin tek bir ipliğini kesip küçük genetik dizileri kabaca yüzde 13 verimlilikle yerleştirebiliyor. Pek fazla gibi görünmüyor ama geliştirilebilecek bir temel.

Ekip ayrıca daha önce bilim tarafından bilinmeyen RNA'yı hedef alan yeni bir CRISPR sistemine ait genleri de ortaya çıkardı. Ancak yakından incelendikten sonra bulunan bu versiyon ve henüz keşfedilmemiş olanlar, dünya çapındaki bakterilerin örneklenmesiyle kolayca yakalanamıyor ve bu nedenle doğada son derece nadir bulunuyor.

"Bu mikrobiyal sistemlerden bazıları yalnızca kömür madenlerinden gelen suda bulundu" şuraya çalışmanın yazarı Dr. Soumya Kannan. "Birisi bununla ilgilenmeseydi, bu sistemleri hiç görmemiş olabilirdik."

Bu sistemlerin insan gen düzenlemesinde kullanılıp kullanılamayacağını bilmek için henüz çok erken. Örneğin DNA'yı rastgele parçalayanlar tedavi amaçlı olarak işe yaramaz. Ancak yapay zeka, potansiyel "tek boynuzlu at" gen dizilerini bulmak için geniş bir genetik veri evrenini kazabilir ve artık daha fazla araştırma için diğer bilim adamlarının kullanımına açıktır.

Resim Kredi: NIH

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://singularityhub.com/2023/11/27/an-ai-tool-just-revealed-almost-200-new-systems-for-crispr-gene-editing/