Глубокое обучение помогает найти ингибиторы для CRISPR-систем
Нуклеаза Cas13b, связанная с системами CRISPR-защиты («генетические ножницы»), перспективна для терапии наследственных заболеваний и как противовирусное средство, поскольку может нацеливаться на геном вирусов. Для повышения безопасности и эффективности таких терапий исследователи ищут ингибиторы нуклеаз, способные контролировать или останавливать их активность.
Международная команда под руководством Института Гельмгольца в Вюрцбурге в сотрудничестве с Университетом Фрайбурга впервые применила глубокое обучение для поиска природных ингибиторов нуклеаз. Исследование, опубликованное в журнале Molecular Cell, выявило первый такой ингибитор, блокирующий активность Cas13b.
Поиск «иголки в стоге сена»
Бактерии часто содержат CRISPR-Cas системы защиты от вирусов-бактериофагов. В ответ фаги эволюционировали белки, способные отключать CRISPR — анти-CRISPR белки (Acrs). Учёные полагают, что существует множество ещё не открытых Acrs.
«Acrs можно использовать для лучшего контроля CRISPR-технологий, — говорит Чейз Байзел, руководитель исследования из Института Гельмгольца (HIRI). — Но их идентификация — это поиск иголки в стоге сена, поскольку они совершенно не похожи друг на друга». Ранее разработанные методы предсказания имели ограниченный успех.
Прорыв с помощью искусственного интеллекта
Исследователи из HIRI вместе с учёными из Университета Фрайбурга и Университета короля Фахда (Саудовская Аравия) впервые применили искусственный интеллект для поиска новых Acrs.
«Используя сложное компьютерное обучение в комбинации с высокопроизводительным скринингом, нам удалось обнаружить новый анти-CRISPR белок, ингибирующий клинически интересную нуклеазу Cas13b», — говорит Катарина Вандера, аспирант в лаборатории Байзела и первый автор работы.
Метод, названный DeepAcr, разработала группа Рольфа Бакхофена из Университета Фрайбурга. «Миллионы предсказаний, сделанных нашим алгоритмом, открывают совершенно новые пути для исследований», — утверждает Бакхофен.
Новый белок с новым механизмом действия
Обнаруженный белок, названный AcrVIB1, не только был неизвестен ранее, но и, по-видимому, использует совершенно новый механизм действия. Характеристика этого механизма станет одним из следующих шагов в исследовании.
Результаты также показывают, что DeepAcr можно использовать для открытия новых ингибиторов и других CRISPR-Cas систем, для которых Acrs ещё неизвестны.