2021年12月31日整理發(fā)布：俄羅斯生物信息學(xué)家提出了一種新的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，能夠評(píng)估指導(dǎo) RNA 被選擇用于基因編輯實(shí)驗(yàn)的程度。他們的方法將通過(guò)流行的 CRISPR/Cas 方法促進(jìn)更有效的 DNA 修飾，因此將有助于開發(fā)新的策略來(lái)創(chuàng)建轉(zhuǎn)基因生物并找到治療嚴(yán)重遺傳性疾病的方法。該研究由俄羅斯科學(xué)基金會(huì)資助，發(fā)表在《核酸研究》雜志上。
基因組編輯，尤其是 CRISPR/Cas 方法，廣泛用于實(shí)驗(yàn)生物學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，以及農(nóng)業(yè)和生物技術(shù)。
CRISPR/Cas 是細(xì)菌用來(lái)對(duì)抗病毒的眾多武器之一。當(dāng)感染發(fā)生時(shí)，病原體的 DNA 會(huì)穿透細(xì)胞，并且由于其序列與細(xì)菌的序列不同，Cas 蛋白會(huì)將其識(shí)別為外來(lái)遺傳物質(zhì)并將其切割。為了讓細(xì)菌更快地對(duì)病毒做出反應(yīng)，細(xì)胞會(huì)儲(chǔ)存病原體 DNA 的片段——就像計(jì)算機(jī)防病毒軟件保存病毒特征的集合一樣——并將它們傳遞給下一代，這樣它的 Cas 就可以阻止進(jìn)一步的攻擊。
2011-2013 年，來(lái)自不同實(shí)驗(yàn)室(美國(guó)的 Jennifer Doudna、Emmanuelle Charpentier 和 Feng Zhang，以及立陶宛的 Virginijus Šikšnys)的團(tuán)隊(duì)相互獨(dú)立地將 CRISPR/Cas 系統(tǒng)應(yīng)用于將任意變化引入 DNA 序列的任務(wù)在人類和動(dòng)物細(xì)胞中，使基因組編輯變得更加容易和高效。該系統(tǒng)的核心元素是“標(biāo)記點(diǎn)”的向?qū)?RNA 和在該位置切割 DNA 的 Cas9 蛋白。然后細(xì)胞“修補(bǔ)傷口”，但已經(jīng)對(duì)遺傳密碼進(jìn)行了更改。
問(wèn)題是引導(dǎo) RNA 靶向并不總是精確的，可能會(huì)誤導(dǎo) Cas9。將 CRISPR/Cas 技術(shù)轉(zhuǎn)化為實(shí)用的高精度工具非常重要，尤其是在醫(yī)療干預(yù)方面。
由 Konstantin Severinov 領(lǐng)導(dǎo)的 Skoltech 研究人員使用深度學(xué)習(xí)、高斯過(guò)程和其他方法來(lái)使最佳引導(dǎo) RNA 的選擇更加準(zhǔn)確。該團(tuán)隊(duì)制作了一組神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，即以矩陣的順序乘法實(shí)現(xiàn)的可訓(xùn)練數(shù)學(xué)模型——具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的大型數(shù)字?jǐn)?shù)組。一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)W習(xí)，因?yàn)樗诒灰砸环N特殊的方式在系統(tǒng)每次完成訓(xùn)練模式的計(jì)算時(shí)間改變數(shù)字的形式“記憶”。該團(tuán)隊(duì)在包含數(shù)萬(wàn)個(gè)經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的引導(dǎo) RNA 的不同數(shù)據(jù)集上訓(xùn)練模型，這些引導(dǎo) RNA 在人類和動(dòng)物細(xì)胞中表現(xiàn)出高精度。
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