Yapay zekâ ile geliştirilen DNA anahtarları gen tedavisinde devrim yaratabilir

25 Ekim 2024 | 20 Kasım 2024 | Kategori: Güncel / Literatür Print

0 Paylaşım

Yapay zeka kullanımı tıp ve genetik alanındaki bilimsel araştırmalara ivme kazandırmaya devam ediyor. Bilim insanları, yapay zekâ kullanarak genlerin vücutta ne zaman ve nerede aktif hale geleceğini belirleyen binlerce DNA anahtarları geliştirdiler. Bu keşifin gen tedavisinde yeni bir eşik olduğunu söyleyen uzmanlar, çalışmadan sağlanan bilgilerin tıp bilimleri ve biyoteknolojide yeni bir dönemin başlangıcı olabileceğini belirtiyor.

MIT ve Harvard ile Yale Üniversitesi’nden bilim insanlarının yürüttüğü araştırmada yapay zeka kullanılarak genlerin aktif veya pasif hale gelmesini kontrol etmeyi sağlayan yeni DNA anahtarları tanımlandı. Uzmanlar bu çalışmadan sağlanan bilgiler ile pek çok hastalığa yönelik daha etkili tedaviler bulunabileceğine inanıyor.

Çalışmanın başyazarı Dr. Ryan Tewhey, “Bu yeni DNA elemanları, hedef hücre tipine özgü olağanüstü bir hassasiyet gösteriyor. Bu, genlerin sadece istenen dokularda etkinleştirilip diğer dokularda inaktif kalmasına olanak tanıyarak daha hedeflenmiş tedavilerin geliştirilmesine yardımcı oluyor” dedi.

Kişiselleştirilmiş tedaviler: DNA ile uyumlu ilaçlarla ‘tıpta yeni bir dönem’

Gen tedavisinde yeni bir dönem

Günümüzde gen tedavisinde, genler sadece belirli hücreleri hedeflenip aktif hale getirilebiliyor. Bu durum tedavi başarısı ve hedefini önemli ölçüde olumsuz etkiliyor. Genetik düzenleyici elemanlar olarak bilinen “CIS-düzenleyici elemanlar” (CRE’ler), bu süreçte hayati bir rol oynar. CRE’ler, bir genin hangi hücrede ve ne zaman çalışacağını belirleyen DNA bölümleridir. Ancak, doğal CRE’ler her zaman doğru şekilde çalışamayabilir ve gen tedavisinde hücre tipi spesifikliği sağlamak zor olabilir.

Bilim insanları yapay zekâ kullanılarak tamamen yeni ve daha etkili yapay CRE’ler tasarlamayı başardı. İnsan genomundaki yüz binlerce DNA dizisini analiz ederek, beyin, karaciğer ve kan hücrelerinde hangi CRE’lerin aktif olabildiğini saptayan araştırmacılar, daha sonra bu veriler kullanılarak, yapay CRE’ler tasarlandı ve bunları laboratuvar ortamında başarıyla test edebildiler.

Deneysel başarı

Yapay olarak tasarlanan bu CRE’ler, fareler ve zebra balıkları üzerinde test edildi. Elde edilen sonuçlar oldukça etkileyiciydi. Yapay bir CRE, zebra balığının sadece karaciğer hücrelerinde bir floresan proteinin aktif hale gelmesini sağladı. Bu protein diğer dokularda inaktif kaldı. Araştırmacılar, yapay DNA anahtarlarının doğal CRE’lerden daha spesifik ve etkili olduğunu, genleri kontrol etmede büyük bir potansiyele sahip olduğunu belirtiyorlar.

Yeni araştırma: miR-22 Gen terapisi karaciğer kanseri tedavisini değiştirebilir

Bu buluş, gen tedavisi alanında büyük bir adım olarak görülüyor. Özellikle genlerin sadece hedeflenen hücrelerde aktif hale gelmesi, yan etkileri azaltabilir ve daha güvenli tedaviler sunabilir. Dr. Tewhey ve ekibi, bu teknolojinin gelecekte biyomedikal araştırmalar ve tedavilerde geniş çapta kullanılabileceğini vurguluyor.

Araştırmanın Özeti

Machine-guided design of cell-type-targeting cis-regulatory elements

Abstract: Cis-regulatory elements (CREs) control gene expression, orchestrating tissue identity, developmental timing and stimulus responses, which collectively define the thousands of unique cell types in the body1,2,3. While there is great potential for strategically incorporating CREs in therapeutic or biotechnology applications that require tissue specificity, there is no guarantee that an optimal CRE for these intended purposes has arisen naturally. Here we present a platform to engineer and validate synthetic CREs capable of driving gene expression with programmed cell-type specificity.

Kanser tedavisinde gen modifikasyonu, FDA’nın onayladığı ilk genetik terapi oldu

We take advantage of innovations in deep neural network modelling of CRE activity across three cell types, efficient in silico optimization and massively parallel reporter assays to design and empirically test thousands of CREs4,5,6,7,8. Through large-scale in vitro validation, we show that synthetic sequences are more effective at driving cell-type-specific expression in three cell lines compared with natural sequences from the human genome and achieve specificity in analogous tissues when tested in vivo. Synthetic sequences exhibit distinct motif vocabulary associated with activity in the on-target cell type and a simultaneous reduction in the activity of off-target cells. Together, we provide a generalizable framework to prospectively engineer CREs from massively parallel reporter assay models and demonstrate the required literacy to write fit-for-purpose regulatory code.