Autonomiczne odkrycie w genomie gigantycznych fagów. Sztuczna inteligencja identyfikuje układ enzymatyczny przypominający CRISPR

Wykorzystanie algorytmów uczenia maszynowego w naukach o życiu wkracza w fazę autonomicznej eksploracji. Nowo powołane laboratorium firmy Anthropic poinformowało o odkryciu nieznanego dotąd układu enzymatycznego, wykazującego uderzające podobieństwo architektoniczne do mechanizmu edycji genów CRISPR.
Autonomiczne odkrycie w genomie gigantycznych fagów. Sztuczna inteligencja identyfikuje układ enzymatyczny przypominający CRISPR

Opublikowane w formie preprintu badanie stanowi pierwszy bezpośredni rezultat nowego ośrodka, demonstrujący zdolność modeli sztucznej inteligencji do samodzielnego rozpoznawania anomalii biologicznych w gigantycznych zbiorach danych genetycznych bez uprzednich, szczegółowych wytycznych ze strony człowieka.

Procedura badawcza polegała na skierowaniu roju 950 agentów, pracujących na bazie flagowego modelu Mythos, do przeszukania bazy sekwencji DNA obejmującej 1,9 miliarda klastrów białkowych – wolumenu niemożliwego do ręcznej analizy przez ludzkich badaczy. Operatorzy nie zdefiniowali konkretnej sekwencji docelowej, formułując jedynie ogólne zapytanie i pozostawiając systemowi pełną autonomię w wyborze obszarów godnych pogłębionej analizy.

Po 21 godzinach ciągłego przetwarzania jeden z agentów zidentyfikował nietypową konfigurację w genomie tzw. dżumbo-fagów (jumbo-phages), czyli wielkich wirusów infekujących komórki bakteryjne. W przeciwieństwie do dotychczasowych metod automatyzacji badań, gdzie kryteria nowości i oczekiwania formułowali eksperci, model sam zdefiniował punkt odniesienia na podstawie własnej wiedzy i podjął decyzję o zaklasyfikowaniu struktury jako wartej zbadania anomalii.

Czytaj także: Modyfikacja genów wkracza na nowy poziom. Narzędzie CRISPR z imponującą skutecznością

Zidentyfikowany mechanizm, nazwany przez naukowców odwrotną transkryptazą sprzężoną z macierzą (ang. array-associated reverse transcriptase, ART), skupia się wokół enzymu odwrotnej transkryptazy (RT), zdolnego do przepisywania RNA na DNA. W genomie fagowym enzym ten otoczony jest specyficzną macierzą powtarzalnych sekwencji DNA oraz dodatkowym genem.

Taka kompozycja strukturalna bezpośrednio przypomina architekturę systemu CRISPR, w którym macierz przechwyconych fragmentów wirusowego materiału genetycznego koduje cząsteczki RNA naprowadzające nukleazę (np. Cas9) na cel w celu jego neutralizacji. Podobnie jak w CRISPR, w układzie ART macierz DNA bezpośrednio asystuje enzymowi wykonawczemu.

Mimo wyraźnych analogii budowy, rzeczywista funkcja biologiczna nowego układu w przyrodzie pozostaje nieznana. Jak zauważa dr Dmitri Perrin z Queensland University of Technology, choć układ wykazuje cechy zbliżone do CRISPR pod względem architektury, obecnie brak jakichkolwiek dowodów na zbieżność funkcjonalną. W świecie bakterii i fagów istnieje wiele pokrewnych mechanizmów obronnych, z których jedynie CRISPR okazał się na tyle plastyczny, by umożliwić precyzyjne programowanie do celów biotechnologicznych.

Anthropic kontynuuje badania laboratoryjne nad mechanizmem działania ART, podkreślając, że niezależnie od ewentualnej przydatności w inżynierii genetycznej, udana, w pełni autonomiczna identyfikacja nowej struktury przez agenta AI wyznacza przełomowy model przyszłej współpracy naukowców z systemami sztucznej inteligencji.

Napisane przez

Adam

Redaktor