محققان دانشگاه استنفورد نزدیک به ۳۰۰ فاژ را از توالیهای DNA تولیدشده توسط مدل مولد هوش مصنوعی Evo 2 سنتز کردند. آزمایشهای آزمایشگاهی این تعداد را به ۱۶ فاژ با فعالیت قوی در کشتن باکتری E. coli محدود کرد.
این پژوهش بر باکتریوفاژ ΦX174 متمرکز است که تلفظ آن «فای-اکس-۱۷۴» است. برایان های، استادیار مهندسی شیمی و همکار دانشکده دادههای استنفورد، مدل Evo 2 را با همکاری ساموئل کینگ، دانشجوی دکتری مهندسی زیستی، ایجاد کرد و هدایت کار تجربی مقاله را بر عهده داشت.
Evo 2 ژنوم فاژها را به آزمایشگاه میآورد
مدل Evo 2 توالیهای DNA جدید را از یک قطعه کوچک آغازین از ژنوم فاژ تولید میکند. پژوهشگران از مدل خواستند که کل ژنوم ΦX174 را در یک گذر از چپ به راست تولید کند.
های گفت: «در این مورد، ما میخواستیم مدل کل ژنوم را از ابتدا تا انتها در یک گذر چپ به راست تولید کند. هیچ چیز اضافهای اضافه نکردیم.» این فرآیند هزاران ژنوم نامزد تولید کرد و سپس تیم توالیها را برای سنتز شیمیایی و آزمایش آزمایشگاهی انتخاب کرد.
ΦX174 یک سیستم آزمایشی نسبتاً فشرده ارائه داد. ژنوم آن کمتر از ۶۰۰۰ جفت باز دارد، در حالی که ژنوم انسان حدود ۳ میلیارد جفت باز است. های اشاره کرد که حتی تفسیر یک توالی DNA ۵۴۰۰ کاراکتری به صورت ژن به ژن همچنان کار دشواری است.
های گفت برخی از فاژهای پیشنهادی Evo 2 در آزمایشهای آزمایشگاهی تناسب بالاتری نسبت به ΦX174 بومی نشان دادند. بنابراین این پروژه آزمونی است برای اینکه آیا یک مدل میتواند کل ژنومهای ویروسی زنده را ایجاد کند، نه فقط ویرایشهای محلی DNA را پیشنهاد دهد.
غربالگری نامزدها پیش از سنتز DNA انجام میشود
کینگ یک چارچوب محاسباتی برای کاهش تعداد ژنومهای نامزد ارسالشده برای سنتز توسعه داد. این چارچوب ویژگیهایی را که از ΦX174 و فاژهای مرتبط گرفته شده بود، پیش از انتخاب گزینهها برای کار آزمایشگاهی ارزیابی کرد.
سنتز DNA یک محدودیت عملی ایجاد میکند. پژوهشگران ژنومها را با Evo 2 تولید کردند، آنها را بر اساس معیارهای طراحی ارزیابی کردند، سپس نامزدهای انتخابشده را به صورت شیمیایی سنتز کردند و در آزمایشگاه آزمودند تا مشخص شود کدام ژنومها بهترین عملکرد را دارند.
کینگ گفت: «یکی از بخشهای اصلی چارچوب طراحی، تعیین ویژگیهایی بود که ژنومها باید بر اساس ΦX174 و فاژهای مرتبط داشته باشند. چارچوب شامل چند مرحله کلیدی بود: تولید ژنوم با Evo 2، ارزیابی گزینهها بر اساس معیارهای طراحی، انتخاب نامزدهای بهینه، سنتز شیمیایی آنها و سپس آزمایش در آزمایشگاه.»
های گفت این چارچوب هزینههای سنتز را با تمرکز هزینهها بر نامزدهایی که تیم آنها را قابلزیستترین میدانست، کاهش داد.
آزمایش مقاومت بر مخلوط ۱۶ فاژ متمرکز است
پژوهشگران بیش از یک فاژ هدفمند E. coli را انتخاب کردند زیرا باکتریها میتوانند در برابر یک درمان واحد مقاومت ایجاد کنند. های گفت مخلوط فاژها میتواند فرار باکتری از همه اعضای یک درمان را دشوارتر کند.
های گفت: «اگر باکتری در برابر یک فاژ مقاومت پیدا کند، درمان تمام شده است. اما اگر چند فاژ متمایز ژنتیکی در یک مخلوط داشته باشید، برای باکتری سختتر خواهد بود که در برابر کل کوکتل مقاومت ایجاد کند.»
استنفورد گزارش داد که یک کوکتل حاوی ۱۶ فاژ انتخابشده به سرعت بر مقاومت در E. coli که نسبت به ΦX174 بومی مقاوم بود، غلبه کرد.
های گفت کارهای مشابه میتواند فاژهایی را برای استافیلوکوکوس اورئوس مقاوم به متیسیلین یا MRSA دنبال کند. او همچنین نام سودوموناس آئروژینوزا را برد که استنفورد آن را یکی از عوامل اصلی عفونتهای مقاوم به دارو در بیمارستانها توصیف کرده است.
دسترسی متنباز برنامه پژوهشی را گسترش میدهد
های مدل Evo 2 را به صورت متنباز منتشر کرده است. پژوهشگران میتوانند مدل را دانلود کنند و از آن برای طراحی ژنوم استفاده نمایند.
طبق گزارش استنفورد، این انتشار بحثهایی درباره ایمنی و امنیت ایجاد کرده است. های承认 کرد که افراد بدخواه میتوانند نسخههایی از ابزار را تغییر دهند، هرچند او استدلال کرد که پاتوژنهای موجود خطر بیشتری ایجاد میکنند زیرا دسترسی و تولید آنها آسانتر است.
های همچنین گفت سیستمهای مبتنی بر هوش مصنوعی میتوانند از پاسخ به همهگیریهای طبیعی حمایت کنند و گزینههای دفاعی در برابر تهدیدهای بیولوژیکی ساختهشده توسط انسان فراهم آورند. این دیدگاهها ارزیابی او از کاربردها و خطرات احتمالی ابزار را منعکس میکند.
کینگ سود پژوهشی را به صورت محدودتر توصیف کرد: «یکی از rewardingترین بخشهای این پروژه خلاقیتی است که Evo 2 اجازه میدهد. درهای جدیدی در علم اکنون باز شدهاند زیرا ما میتوانیم با این مدلها کار کنیم.»
مرحله بعدی Evo 2 را به DNA طولانیتر و پیچیدهتر گسترش خواهد داد. های با پژوهشگران استنفورد و دیگر مراکز روی طراحیهای باکتریوفاژ اضافی کار میکند.
ژنومهای باکتریایی کوچک نیز میتوانند هدف مدل قرار گیرند. استنفورد میگوید این ژنومها ممکن است از میکروبهای مهندسیشده برای تولید مواد شیمیایی، داروها یا سوختها حمایت کنند. های دو سؤال فنی باقیمانده را مطرح کرد: «بزرگترین سؤالات باز برای من این است که چگونه نوآوری ژنتیکی بیشتری به دست آوریم و چگونه کنترلپذیری بیشتری بر نتایج داشته باشیم؟»
نظرات
ثبت نظر جدید
هنوز نظری ثبت نشده است. اولین نفر باشید!