人工智能帮助设计合成DNA来控制细胞的蛋白质生产

在人工智能的帮助下，瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员成功设计出了控制细胞蛋白质生产的合成DNA。该技术有助于开发和生产疫苗、治疗严重疾病的药物以及替代食品蛋白质，其速度和成本都比现在低得多。

我们的基因如何表达是一个对所有活生物体细胞功能至关重要的过程。简而言之，DNA中的遗传密码被转录为分子信使RNA(mRNA)，它告诉细胞工厂生产哪种蛋白质以及生产多少蛋白质。

研究人员已投入大量精力来尝试控制基因表达，因为除其他外，它可以促进基于蛋白质的药物的开发。最近的一个例子是针对Covid-19的mRNA疫苗，它指示人体细胞产生与冠状病毒表面相同的蛋白质。然后身体的免疫系统可以学习形成针对病毒的抗体。同样，如果人们了解特定蛋白质生产背后的遗传密码，就有可能教会身体的免疫系统战胜癌细胞或其他复杂疾病。

今天的大多数新药都是基于蛋白质的，但生产它们的技术既昂贵又缓慢，因为很难控制DNA的表达方式。去年，由系统生物学副教授AleksejZelezniak领导的Chalmers的一个研究小组在理解和控制由特定DNA序列制成的蛋白质方面迈出了重要一步。

“首先，它是关于能够完全‘阅读’DNA分子的指令。现在我们已经成功地设计了我们自己的DNA，其中包含控制特定蛋白质数量的精确指令”，AleksejZelezniak谈到该研究小组的最新重要成果时说。突破。

新方法背后的原理类似于人工智能生成看起来像真人的面孔。通过学习大量选择的面孔是什么样子，AI可以创建全新但看起来自然的面孔。然后很容易修改一张脸，例如，说它应该看起来更老，或者有不同的发型。另一方面，如果不使用人工智能，从头开始设计一张可信的面孔，将会更加困难和耗时。同样，研究人员的人工智能已经学会了DNA的结构和调控代码。然后，AI设计合成DNA，可以很容易地在所需的基因表达方向上修改其调控信息。简而言之，AI被告知需要多少基因，然后“打印”出适当的DNA序列。

DNA是一个难以置信的长而复杂的分子。因此，通过迭代读取和更改它，然后再次读取和更改它来对其进行更改在实验上极具挑战性。这样，需要多年的研究才能找到有效的方法。相反，让AI学习导航DNA的原理要有效得多。原本需要数年的时间现在缩短为数周或数天。”

JanZrimec，第一作者，斯洛文尼亚国家生物学研究所助理研究员，AleksejZelezniak小组的前博士后

研究人员在酵母Saccharomycescerevisiae中开发了他们的方法，其细胞类似于哺乳动物细胞。下一步是使用人体细胞。研究人员希望他们的进展将对新药和现有药物的开发产生影响。

“用于复杂疾病的基于蛋白质的药物或替代的可持续食物蛋白质可能需要很多年，而且开发起来可能非常昂贵。有些太贵了，无法获得投资回报，这使得它们在经济上不可行。利用我们的技术，它有可能更有效地开发和制造蛋白质，以便将它们推向市场”，AleksejZelezniak说。