МОСКВА, 6 августа. /ТАСС/. Исследователи из России создали генеративную нейросеть, которая способна быстро и эффективно генерировать так называемые промоторы и энхансеры — особые участки ДНК, которые регулируют работу генов. Такая разработка станет ценным инструментом для разработки генных терапий и эксперименты в области синтетической биологии, сообщила пресс-служба НИУ ВШЭ.
«Проектирование регуляторных участков напрямую, на уровне нуклеотидов, позволяет избежать ошибок, которые неизбежно возникают при переводе ДНК в непрерывное представление и обратно. В перспективе это даст возможность собирать промоторы и энхансеры с заданными свойствами — прицельно включать или тонко настраивать нужные гены в конкретных типах клеток», — пояснила директор Центра биомедицинских исследований и технологий Института ИИиЦН ФКН НИУ ВШЭ Мария Попцова, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Как объясняют исследователи, ученые уже много лет разрабатывают инструменты, которые позволяют проектировать подобные управляющие участки генома, что в теории позволит лечить многие болезни и заставлять «промышленные» культуры клеток вырабатывать различные полезные и важные для экономики молекулы. Большие надежды в этом отношении возлагаются на генеративные нейросети, в теории способные вырабатывать новые промоторы и энхансеры подобно тому, как они генерируют изображения или тексты.
На практике, этому мешает то, что существующие подходы такого рода не способны работать с последовательностями генетических «букв»-нуклеотидов напрямую, что вынуждало ученых «переводить» анализируемые данные в непрерывное численное представление, в результате чего могут возникать ошибки. Российские ученые проверили, можно ли обойти эту проблему при помощи так называемого метода дискретного сопоставления потоков, который сохраняет саму идею постепенной генерации, но работает сразу с «буквами» ДНК.
Руководствуясь этой идеей, ученые подготовили для обучения ИИ три больших набора последовательностей ДНК, которые включают в себя 100 тыс. человеческих промоторов, 89 тыс. энхансеров из опухолевых клеток рака кожи и 105 тыс. энхансеров из мозга мушки-дрозофилы. После обучения нейросети российские исследователи сравнили результаты ее работы с уже существующими алгоритмами для генерирования промоторов.
Проведенные исследователями тесты показали, что их разработка опередила большинство существующих моделей при генерации промоторов, оказалась лучшей среди потоковых методов при подготовке энхансеров для опухолевых клеток и превзошла значительную часть «конкурентов» при работе с ДНК мушек-дрозофил. Подобные успехи существенным образом расширяют арсенал биотехнологов, молекулярных биологов и других представителей наук о жизни для управления работой генома, подытожили исследователи.
Об управлении геномом.
Клетки тела человека и других живых существ гибко регулируют работу всех генов внутри них при помощи сразу нескольких систем, повышающих или снижающих вероятность считывания различных участков ДНК внутри их ядер. Центральную роль в этих процессах играют так называемые промоторы и энхансеры — короткие цепочки ДНК, которые соединяются с белками, считывающими хромосомы, активируют связанные с ними гены или заставляют клетку чаще их считывать.
