L’ADN synthétique peut contrôler la production de protéines des cellules

Des chercheurs de l’Université de technologie de Chalmers en Suède ont réussi à concevoir de l’ADN synthétique qui contrôle la production de protéines des cellules à l’aide de l’intelligence artificielle. La technologie pourrait contribuer au développement et à la production de vaccins, de médicaments contre des maladies graves, ainsi que de protéines alimentaires alternatives, plus rapidement et à des coûts bien inférieurs à ceux d’aujourd’hui.

La façon dont nos gènes sont exprimés est un processus fondamental pour la fonctionnalité des cellules de tous les organismes vivants. En termes simples, le code génétique de l’ADN est transféré à l’ARN messager (ARNm), une molécule qui indique à l’usine cellulaire quelle protéine produire et en quelle quantité.

Les chercheurs ont déployé beaucoup d’efforts pour manipuler l’expression des gènes car, entre autres choses, cela peut aider au développement de médicaments à base de protéines. Un exemple récent est le vaccin à ARNm contre Covid-19, qui ordonne aux cellules du corps de produire la même protéine que celle trouvée à la surface du coronavirus. Le système immunitaire du corps peut alors apprendre à fabriquer des anticorps contre le virus. De même, si vous comprenez le code génétique derrière la production de protéines spécifiques, il est possible d’apprendre au système immunitaire du corps à vaincre les cellules cancéreuses ou d’autres maladies complexes.

La plupart des nouveaux médicaments d’aujourd’hui sont à base de protéines, mais leurs méthodes de fabrication sont à la fois coûteuses et lentes car il est difficile de contrôler l’expression de l’ADN. L’année dernière, une équipe de recherche dirigée par Aleksej Zelezniak, professeur adjoint de biologie des systèmes à Chalmers, a fait un pas important vers la compréhension et le contrôle de la quantité de protéines fabriquées à partir d’une séquence d’ADN donnée.

Aleksej Zelezniak déclare à propos de la dernière percée du groupe de recherche : “Au début, cela consistait à être capable de ‘lire’ complètement les instructions d’une molécule d’ADN. Maintenant, nous avons réussi à concevoir notre propre ADN, qui contient des instructions précises pour contrôler la quantité d’une molécule d’ADN. protéine spécifique” A mi-parcours.

Molécules d’ADN fabriquées sur commande

Le principe de la nouvelle méthode est le même que la façon dont l’intelligence artificielle crée des visages qui ressemblent à de vraies personnes. En apprenant à quoi ressemble une large sélection de visages, l’IA peut alors créer des visages complètement nouveaux, mais d’apparence naturelle. Par exemple, il est facile de changer un visage en disant qu’il devrait avoir l’air plus vieux ou avoir une coiffure différente. D’un autre côté, sans l’utilisation de l’intelligence artificielle, programmer un visage crédible à partir de zéro serait beaucoup plus difficile et prendrait beaucoup de temps. De même, l’intelligence artificielle des chercheurs a appris la structure et le code régulateur de l’ADN. L’IA conçoit ensuite de l’ADN synthétique, où ses informations réglementaires sont faciles à modifier dans n’importe quelle direction d’expression génique. L’IA est simplement informée du nombre de gènes demandés, puis “imprime” la séquence d’ADN correspondante.

“L’ADN est une molécule incroyablement longue et complexe. Il est donc expérimentalement extrêmement difficile de le modifier en le relisant et en le modifiant, puis en le relisant et en le modifiant. Il faut donc des années de recherche pour trouver quelque chose qui fonctionne. Au lieu de cela, il est plus efficace de laisser l’IA apprendre les principes de navigation dans l’ADN. Ce qui autrement prendrait des années est maintenant réduit à des semaines ou des jours », explique le premier auteur Jan Zrimec, chercheur à l’Institut national de biologie slovène et ancien postdoctorant dans le groupe d’Aleksey Zelezniak.

Les chercheurs ont développé leur méthode dans la levure Saccharomyces cerevisiae, dont les cellules ressemblent à des cellules de mammifères. La prochaine étape consiste à utiliser des cellules humaines. Les chercheurs espèrent que leurs progrès influenceront le développement de médicaments nouveaux et existants.

“Les médicaments à base de protéines pour les maladies complexes ou les protéines alimentaires durables alternatives peuvent prendre de nombreuses années et être très coûteux à développer. Certains sont si chers qu’il n’y a pas de retour sur investissement, ce qui les rend économiquement non viables. Notre technologie avec elle, il est possible de développer et produire des protéines plus efficacement afin qu’elles puissent être commercialisées », déclare Aleksey Zelezniak.

Référence: Zrimec J, Fu X, Muhammad AS, et al. Contrôle de l’expression des gènes par conception générative profonde de l’ADN régulateur. Nat Commun. 2022;13(1):5099. est ce que je: 10.1038/s41467-022-32818-8

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