科技日?qǐng)?bào)記者 張夢然

來自瑞士蘇黎世大學(xué)、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院以及比利時(shí)根特大學(xué)的科學(xué)家合作開發(fā)出一種創(chuàng)新的基因編輯方法，將先進(jìn)的“基因魔剪”技術(shù)與人工智能（AI）相結(jié)合，顯著提升了DNA編輯的精確度。這項(xiàng)技術(shù)為更真實(shí)地模擬人類疾病機(jī)制提供了有力工具，也為未來精準(zhǔn)基因療法的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

目前，確?！盎蚰Ъ簟痹谇懈钅繕?biāo)DNA時(shí)不引發(fā)意外的基因變異，并維持基因組整體穩(wěn)定性，是實(shí)現(xiàn)安全治療的關(guān)鍵。雖然細(xì)胞通常能準(zhǔn)確修復(fù)DNA雙鏈斷裂，但其修復(fù)機(jī)制尤其是末端連接過程，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致插入、缺失或其他遺傳錯(cuò)誤，從而帶來潛在風(fēng)險(xiǎn)。

此次，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種名為“Pythia”的AI工具。這一工具使科學(xué)家能以前所未有的精度“預(yù)知”基因編輯的最終結(jié)果，尤其是預(yù)測細(xì)胞在受到CRISPR/Cas9等基因編輯技術(shù)切割后，將如何修復(fù)其DNA斷裂?；谶@一預(yù)測能力，團(tuán)隊(duì)又設(shè)計(jì)出極小的DNA修復(fù)模板，這些模板如同“分子膠水”，可引導(dǎo)細(xì)胞以高度精確的方式完成基因修改或基因插入。

該技術(shù)的主要開發(fā)者介紹稱，這些由AI指導(dǎo)設(shè)計(jì)的修復(fù)模板，首先在人類細(xì)胞培養(yǎng)體系中進(jìn)行了驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了高效且精準(zhǔn)的基因編輯和外源基因整合。隨后，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步在多種生物模型中測試了該方法的有效性，包括非洲爪蟾以及活體小鼠，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)大腦等非分裂組織中細(xì)胞的DNA編輯。

DNA的修復(fù)過程并非隨機(jī)，而是遵循一定的規(guī)律。Pythia正是利用了這些可被識(shí)別和學(xué)習(xí)的修復(fù)模式。這項(xiàng)技術(shù)不僅可用于修改單個(gè)堿基或插入外源基因，還能用于標(biāo)記特定蛋白質(zhì)，例如通過熒光標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)對(duì)蛋白質(zhì)在健康與疾病組織中動(dòng)態(tài)行為的直接觀察。而其強(qiáng)大之處更在于其普適性——它適用于各種類型的細(xì)胞，包括那些不常分裂的細(xì)胞，如神經(jīng)元，這為治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病等難以靶向的病癥帶來了新希望。

研究團(tuán)隊(duì)表示，就像氣象學(xué)家使用AI預(yù)測天氣一樣，人們現(xiàn)在也能預(yù)測細(xì)胞對(duì)基因干預(yù)的響應(yīng)。這種預(yù)測能力對(duì)于實(shí)現(xiàn)安全、可靠并具有臨床應(yīng)用價(jià)值的基因編輯至關(guān)重要。

總編輯圈點(diǎn)

基因編輯雖好，但也會(huì)帶來不可預(yù)知的“翻車”風(fēng)險(xiǎn)。有時(shí)一“剪刀”下去，細(xì)胞在修復(fù)DNA斷裂時(shí)卻出現(xiàn)基因表達(dá)錯(cuò)誤。此次，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種強(qiáng)大的預(yù)測型AI工具，能預(yù)測細(xì)胞遇到基因剪刀后會(huì)如何進(jìn)行修復(fù)?；陬A(yù)測結(jié)果，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出一種DNA修復(fù)模板，它能引導(dǎo)細(xì)胞進(jìn)行精確基因修改。這一AI工具大大降低了基因編輯中產(chǎn)生意外錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)，避免脫靶效應(yīng)，提升了治療安全性；它還能標(biāo)記特定蛋白質(zhì)，為難治性疾病提供治療新方案。