ARNun văr molecular al ADN-ului, a fost aruncat în lumina reflectoarelor ca bază pentru primele vaccinuri COVID-19 din lume. Doi dezvoltatori cheie ai tehnologiei din spatele fotografiilor au câștigat un Premiul Nobel pentru eforturile lor în 2023.
Acum, unul dintre acei laureați Nobel… Dr. Drew Weissman de la Universitatea din Pennsylvania Perelman School of Medicine — își propune să catapulteze cercetarea ARN la noi culmi. El ajută la lansarea unui nou centru de cercetare ARN care va folosi inteligenţă artificială pentru a ajuta la pregătirea oamenilor de știință care sunt noi în domeniu, să-și ghideze experimentele și să-și adauge rezultatele înapoi în algoritm, creând o buclă de feedback.
Numit Turnătorie de ARN condusă de inteligența artificială (AIRFoundry), centrul finanțat de Fundația Națională de Știință își propune să accelereze inovația în domeniul ARN, alimentând progresele în medicină și multe alte discipline științifice.
Live Science a vorbit cu Weissman și Daeyeon Leedirectorul AIRFoundry, despre noul centru de cercetare și viitorul ARN în științe. Lee este, de asemenea, un co-fondator al InfiniFluidicso startup care lucrează cu turnătoria pentru a dezvolta vasele care furnizează ARN în celule, numite nanoparticule lipidice (LNP).
Înrudit: Oamenii de știință tocmai au descoperit un nou mod în care celulele își controlează genele
Nicoletta Lanese: Cititorii noștri sunt familiarizați cu vaccinurile cu ARN mesager (ARNm) – ce alte aplicații medicale vă imaginați pentru viitorul ARN?
Dr. Drew Weissman: În primul rând, scopul turnătorii bio este să depășească terapia medicală. Este pentru a face ARN-ul disponibil pentru multe alte tipuri de știință… Totul, de la predarea bacteriilor cum să mănânce ulei sau materiale plastice, până la predarea plantelor cum să evite ciupercile – toate acele lucruri care nu se încadrează în NIH. [National Institutes of Health] terapii medicale uzuale.
Din punct de vedere medical, ceea ce lucrăm noi și alții sunt terapii genetice cu ARN. Se lucrează la terapie medicală, deci folosind ARN pentru a trata atacurile de cord sau accidentele vasculare cerebrale sau artrita sau bolile dermatologice, pentru a trata bolile autoimune. Probabil că există mii de potențiale terapeutice pentru care ARN-ul poate fi folosit, dincolo de doar vaccinuri.
NL: Acea metaforă pe care ai folosit-o este interesantă – să folosești ARN-ul pentru a „învăța” un organism să facă ceva. Ați putea explica ce face de fapt ARN-ul în celule?
DW: ARN pentru mine este intermediarul. … Al nostru ADN codifică fiecare proteină [enabling] fiecare funcție care menține celulele noastre în viață și menține corpurile noastre în viață. Deci ADN-ul este biblioteca care păstrează fiecare cod. ARNm este folosit atunci când doriți să faceți o proteină dintr-unul dintre aceste coduri. Și celula face un ARN care copiază [DNA] codifică o anumită proteină; acel ARNm călătorește apoi la o mașină, cunoscută sub numele de ribozom, care citește codul și produce proteine pe baza codului respectiv.
Ce ARN [COVID] vaccinurile fac este să dea codul pentru proteina spike a virusului COVID-19. Organismul recunoaște apoi aceasta ca o proteină străină și face un răspuns imunitar care pregătește organismul să lupte împotriva virusului atunci când îl vede. Dar ARN-ul poate codifica și mașini de editare a genelor care pot produce proteine care modifică mutațiile în cromozomii noștri, în genomul nostru. Sau poate produce proteine care sunt [lacking due to a gene mutation]sau poate produce proteine terapeutice de tratat inflamaţiepentru a trata atacurile de cord, pentru a trata tot felul de lucruri diferite.
Orice proteină pe care ți-o poți imagina, o poate livra.
NL: Ați putea explica cum utilizați AI pentru a inova atât cu ARN-ul, cât și cu sistemele de livrare care introduc ARN-ul în celule?
Daeyeon Lee: AI are mai multe roluri aici. Ne imaginăm că vrem ca ARN să devină un instrument pentru toți cei care fac știință… în 20 de ani, va fi un instrument comun. Dar chiar acum, pentru oamenii care nu au făcut cercetare activă ARN, este foarte greu să pătrundă în acest domeniu.
Deci AI va ghida utilizatorul. „Aceasta este literatura pe care doriți să o învățați, acestea sunt experimentele pe care doriți să le desfășurați. Acestea sunt probabil ARN-urile sau vehiculele de livrare cu care doriți să începeți experimentele.” Nu este doar furnizarea de materiale, ci și ghidarea utilizatorului, sporind expertiza umană. … Și odată ce experimentele sunt încheiate, ei revin la IA și îi furnizează rezultatele, astfel încât AI să învețe și să facă următoarele predicții, următoarele sugestii și așa mai departe.
NL: Deci AI este aproape un instrument şi un colaborator, într-un fel?
DL: Da, absolut.
NL: În ceea ce privește datele ARN care sunt disponibile acum pentru a fi alimentate AI, există zone care sunt deosebit de bine cercetate și altele care au încă lacune?
DL: În ceea ce privește domeniul pe care suntem cel mai bine poziționați pentru a avea impact, dacă nu mă înșel, multe dintre datele lui Drew sunt despre animale, așa că un domeniu în care suntem foarte interesați să intrăm este sănătatea animalelor. Vaccinurile pentru animale, de exemplu.
DW: Vă pot da un exemplu: probabil ați auzit de gripa aviara care a circulat și acum este la vaci. Lucrăm de ceva vreme la fabricarea de vaccinuri pentru a vaccina atât vacile, cât și puii. Și am făcut vaccinul pentru vaci folosind tehnologia noastră obișnuită și am imunizat vacile și funcționează grozav.[[Nota editorului: Acest vaccin este încă experimental și nu este încă în uz.]
Am încercat asta la păsări și nu am primit niciun răspuns. Așa că ne-am întors și am teoretizat: „Ei bine, poate că trebuie să schimbăm toate [RNA] structuri.” Și am făcut-o doar pe baza citirii literaturii și a ghicirii.
Speranța este că, în viitor, AI va spune: „Secvențele de codificare a puiului sunt foarte diferite de cele ale mamiferelor sau ale oamenilor – de ce nu le încercați?” Deci, în loc să fim nevoiți să facem 50 de ARN-uri pentru a găsi unul sau doi care să funcționeze, AI ne-ar putea oferi cinci.[[Ideea este ca AI să restrângă secvențele de ARN cu cele mai multe șanse de a reuși la sarcina în cauză, reducând nevoia oamenilor de știință de a crea și testa fizic multe opțiuni diferite.]
Înrudit: Noua terapie cu ARNm arată promițătoare în tratarea bolii moștenite „ultrarare”.
NL: Puteți oferi o foaie de parcurs a ceea ce lucrați în următorii cinci ani și apoi pe termen mai lung?
DW: Deci nu începem de la zero. Am alergat un miez de ARN de 20 de ani probabil. … Scopul biofundării este acum să încorporeze AI în asta.
Avem un pas în sus – avem producția de ARNm, avem producția de LNP. Bănuiesc că șase luni până la doi ani, pentru ca IA să fie complet integrată. De acolo încolo, este doar învățarea AI și extinderea AI ce poate face.
DL: Cred că în decurs de unul sau doi ani, cred că vom avea prima versiune de AI cu care vom interacționa – în mare parte cercetători interni [at first]pentru că ne dorim să fie un sistem robust odată ce îl deschidem utilizatorilor externi.
NL: Deoarece acest lucru îi ajută pe oamenii de știință să extindă utilizările ARN, vă așteptați să apară probleme de siguranță sau de reglementare din asta?
DW: Cea mai mare problemă – și ne-am ocupat de asta de mult timp – este câștig de funcție. Acolo adaugi o nouă activitate sau funcție unui potențial agent patogen. NIH are reguli foarte stricte care controlează câștigul în cercetarea funcției, astfel încât AI va fi antrenat să recunoască asta. Acesta este unul dintre lucrurile incredibil de critice de făcut.
Dincolo de asta, reglementarea [angle] este într-adevăr un subiect masiv, pentru că sunt atât de multe domenii diferite despre care vorbiți și atât de multe elemente diferite ale SUA și ale altor guverne. Deci va fi implicat.
NL: Deci se pare că ați putea încorpora linii directoare de reglementare în IA în sine?
DL: Absolut. Și pe baza înțelegerii mele, există straturi de protecție în jurul acestui lucru. … Așa că sperăm că, cu aceste straturi de diferite sisteme de semnalizare, veți putea elimina ceea ce poate fi problematic în mediu sau la animale sau în alte organisme vii.
NL: Mai există ceva despre AIRFoundry pe care ați dori să subliniați?
DW: Voi menționa doar că biofoundry este o instituție din SUA care va deservi lumea.
The institutul ARN este, de asemenea, implicat în dezvoltarea… dezvoltarea cercetării ARN și producția la scară largă în întreaga lume în țările cu venituri mici și medii, făcând din aceasta o tehnologie democratizată care este disponibilă pentru întreaga lume. Biofoundry va ajuta în acest sens, luând oameni din laboratoare din întreaga lume, aducându-i la Penn și instruindu-i – cum să producă ARN, cum să produci LNP, cum să creeze vaccinuri, cum să creeze proteine terapeutice sau alte proteine. livrare.
DL: NSF depune mult efort în educație, formare și sensibilizare, iar aceasta va fi o componentă uriașă a biofoundării noastre, ajungând la comunitățile care nu au avut acces la această tehnologie. În cele din urmă, în calitate de educator, cred că cel mai important produs din bioturnatorie – adică vor fi cunoștințele, vor fi oameni care folosesc produsele de înaltă calitate pe care le vom face în IA. Dar [the most important product] vor fi savanții pe care îi generăm. Va fi noul cadru de oameni de știință care au fost instruiți în AI, ARN și nanoparticule lipidice.
Ei vor fi liderii domeniului. Cred că asta va fi ceea ce ne va diferenția cu adevărat de alte entități care ar putea încerca să facă ceva similar.
Te-ai întrebat vreodată de ce unii oameni își construiesc mușchi mai ușor decât alții sau de ce ies pistruii la soare? Trimite-ne întrebările tale despre cum funcționează corpul uman community@livescience.com cu subiectul „Health Desk Q” și este posibil să vedeți răspunsul la întrebarea dvs. pe site!