Jeffrey A. Ruffolo Stephen Nayfach Joseph Gallagher Aadyot Bhatnagar Joel Beazer Riffat Hussain et al

الملخص

يمكن للتعديل الجيني أن يحل تحديات جوهرية في الزراعة والتكنولوجيا الحيوية والصحة البشرية. وعلى الرغم من القوة الكبيرة لأدوات التعديل الجيني المستندة إلى نظام CRISPR التي تُستمد من الكائنات الدقيقة، إلا أنها غالبًا ما تُظهر تنازلات وظيفية بارزة عند نقلها إلى بيئات غير مألوفة، مثل الخلايا البشرية. تقدم التصميم المدعوم بالذكاء الاصطناعي بديلًا قويًا، يتمتع بإمكانية تجاوز القيود التطورية وتطوير أدوات تعديل جيني تمتلك خصائص مثالية. في هذه الدراسة، نُظهر بنجاح تعديل دقيق للجينوم البشري باستخدام أداة تعديل جيني قابلة للبرمجة، تم تصميمها بمساعدة الذكاء الاصطناعي، وذلك باستخدام نماذج لغوية كبيرة مُدرّبة على تنوع بيولوجي على نطاق واسع. ولتحقيق هذا الهدف، قمنا بتكوين مجموعة بيانات تضم أكثر من مليون وحدة تشغيلية CRISPR من خلال استخراج منهجي لـ26 تيرابايت من الجينومات المجمعة والمتاجينومات. ونُظهر قدرة نماذجنا على إنتاج عدد من مجموعات البروتينات يعادل 4.8 مرة ما تم اكتشافه طبيعيًا عبر عائلات CRISPR–Cas، كما قمنا بتصميم تسلسلات RNA الموجهة الفردية لبروتينات العاملة المشابهة لـCas9. وتبين أن بعض أدوات التعديل الجيني المُنشأة تُظهر فعالية ودقة مماثلة أو أفضل مقارنةً بـSpCas9، وهي الأداة البارامترية لتعديل الجينات، رغم بُعد تسلسلها عنها بمقدار 400 طفرة. وأخيرًا، نُظهر أن أداة تعديل جيني تم إنشاؤها بواسطة الذكاء الاصطناعي، تُعرف باسم OpenCRISPR-1، تتوافق مع تقنية التعديل القاعدي. ونُطلق OpenCRISPR-1 لتعزيز استخدامها الواسع والأخلاقي في الأبحاث والتطبيقات التجارية.