În câteva cuvinte
În Barcelona, oamenii de știință au utilizat inteligență artificială pentru a crea fragmente sintetice de ADN. Aceste fragmente au reușit pentru prima dată să controleze comportamentul celulelor sănătoase de mamifere. Aceasta deschide noi posibilități pentru controlul funcțiilor celulare și combaterea bolilor.
Oamenii de știință din Barcelona au dezvoltat un sistem de inteligență artificială (IA) capabil să creeze fragmente sintetice de ADN. Aceste fragmente, numite amplificatori genetici (enhanceri), au reușit pentru prima dată să controleze comportamentul celulelor sănătoase de mamifere. Această descoperire marchează un progres semnificativ în domeniul biomedicinei.
Lucrarea reprezintă o nouă direcție în utilizarea sistemelor de învățare automată în biologie. Deși IA a fost folosită anterior pentru a proiecta proteine noi, inclusiv molecule inexistente în natură (utile ca vaccinuri sau tratamente), acest studiu se concentrează pe crearea codului genetic în sine, care conține instrucțiunile pentru producerea proteinelor și controlul funcțiilor celulare.
Genomul uman este o secvență vastă de miliarde de "litere" ADN, funcționând ca o carte de instrucțiuni complexă. Chiar dacă componentele fundamentale, precum genele, sunt cunoscute, alte părți ale codului, inclusiv enhancerii, rămân în mare parte necunoscute, deși joacă un rol crucial în diferențierea celulară, dezvoltarea țesuturilor și, potențial, în formarea tumorilor.
Echipa condusă de biologul Lars Velten a petrecut ani încercând să descifreze "limbajul" ADN, în special elementele genetice care reglează funcția genelor și decid, de exemplu, dacă o celulă stem se transformă într-o globulă roșie capabilă să transporte oxigen sau într-o globulă albă ce combate infecțiile. Cercetătorii s-au concentrat pe enhanceri – fragmente relativ mici de ADN (circa 250 de "litere") – care sunt esențiali pentru a modula activitatea genelor critice în dezvoltarea și comportamentul celulelor sanguine.
În ultimii cinci ani, echipa a prezentat sistemului IA aproximativ 64.000 de enhanceri sintetici, permițând algoritmului să învețe funcția fiecăruia. Aceasta este cea mai mare colecție de astfel de componente genetice adunată pentru a înțelege comportamentul a șapte tipuri diferite de celule sanguine. Enhancerii acționează legându-se de factorii de transcripție, proteine care, de asemenea, modulează funcționarea genelor. Oamenii de știință au analizat interacțiunile precise cu 38 de factori de transcripție.
Cu ajutorul acestui set masiv de date, sistemul IA a putut crea enhanceri complet noi, care nu există în natură. Cercetătorii au introdus aceste fragmente sintetice de ADN în genomul celulelor sanguine și au demonstrat că acestea sunt capabile să activeze, să dezactiveze sau să moduleze activitatea genelor dorite. Astfel, o "secvență" de ADN concepută de inteligența artificială a determinat comportamentul și destinul celulelor vii.
"Aceasta este prima dată când se realizează așa ceva pe celule sănătoase, deoarece până acum cercetarea s-a concentrat pe celulele canceroase, mai ușor de manipulat", subliniază Velten. Deși sistemul a fost demonstrat folosind celule sanguine de șoarece, echipa crede că acesta este doar primul pas.
O posibilitate este ca aceeași metodă să poată fi folosită pentru a controla comportamentul celulelor din alte țesuturi sănătoase. O aplicație pe termen lung este utilizarea sistemului pe celule canceroase sau chiar pe celule care prezintă deja mutații genetice periculoase asociate cu boli sau îmbătrânirea. "Există anumite mutații care se acumulează odată cu îmbătrânirea. M-ar interesa să construiesc amplificatori genetici pentru aceste celule, deoarece în prezent nu există medicamente eficiente pentru a le combate", detaliază Velten.
Importanța lucrării este evidențiată și de alți experți. Un specialist în designul proteinelor cu ajutorul inteligenței artificiale subliniază cum vasta colecție de date a permis antrenarea algoritmilor capabili să creeze secvențe ADN "de novo", adică de la zero, și să inducă răspunsuri celulare specifice. "Acest studiu reflectă perfect momentul transformator pe care îl trăim, în care inteligența artificială începe să aibă un impact real în toate domeniile cunoașterii", adaugă expertul.
