來自瑞士蘇黎世大學(xué)、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院以及比利時根特大學(xué)的科學(xué)家合作開發(fā)出一種創(chuàng)新的基因編輯方法，將先進的“基因魔剪”技術(shù)與人工智能（AI）相結(jié)合，顯著提升了DNA編輯的精確度。這項技術(shù)為更真實地模擬人類疾病機制提供了有力工具，也為未來精準(zhǔn)基因療法的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

目前，確保“基因魔剪”在切割目標(biāo)DNA時不引發(fā)意外的基因變異，并維持基因組整體穩(wěn)定性，是實現(xiàn)安全治療的關(guān)鍵。雖然細(xì)胞通常能準(zhǔn)確修復(fù)DNA雙鏈斷裂，但其修復(fù)機制尤其是末端連接過程，有時會導(dǎo)致插入、缺失或其他遺傳錯誤，從而帶來潛在風(fēng)險。

此次，研究團隊開發(fā)出一種名為“Pythia”的AI工具。這一工具使科學(xué)家能以前所未有的精度“預(yù)知”基因編輯的最終結(jié)果，尤其是預(yù)測細(xì)胞在受到CRISPR/Cas9等基因編輯技術(shù)切割后，將如何修復(fù)其DNA斷裂?；谶@一預(yù)測能力，團隊又設(shè)計出極小的DNA修復(fù)模板，這些模板如同“分子膠水”，可引導(dǎo)細(xì)胞以高度精確的方式完成基因修改或基因插入。

該技術(shù)的主要開發(fā)者介紹稱，這些由AI指導(dǎo)設(shè)計的修復(fù)模板，首先在人類細(xì)胞培養(yǎng)體系中進行了驗證，實現(xiàn)了高效且精準(zhǔn)的基因編輯和外源基因整合。隨后，團隊進一步在多種生物模型中測試了該方法的有效性，包括非洲爪蟾以及活體小鼠，成功實現(xiàn)了對大腦等非分裂組織中細(xì)胞的DNA編輯。

DNA的修復(fù)過程并非隨機，而是遵循一定的規(guī)律。Pythia正是利用了這些可被識別和學(xué)習(xí)的修復(fù)模式。這項技術(shù)不僅可用于修改單個堿基或插入外源基因，還能用于標(biāo)記特定蛋白質(zhì)，例如通過熒光標(biāo)記，實現(xiàn)對蛋白質(zhì)在健康與疾病組織中動態(tài)行為的直接觀察。而其強大之處更在于其普適性——它適用于各種類型的細(xì)胞，包括那些不常分裂的細(xì)胞，如神經(jīng)元，這為治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病等難以靶向的病癥帶來了新希望。

研究團隊表示，就像氣象學(xué)家使用AI預(yù)測天氣一樣，人們現(xiàn)在也能預(yù)測細(xì)胞對基因干預(yù)的響應(yīng)。這種預(yù)測能力對于實現(xiàn)安全、可靠并具有臨床應(yīng)用價值的基因編輯至關(guān)重要。

來源：科技日報