Onderzoekers in Melbourne hebben een door kunstmatige intelligentie aangedreven methode ontwikkeld om synthetische eiwitremmers te creëren voor CRISPR-genbewerkingssystemen. Deze AI-versnelde aanpak heeft in acht weken tijd resultaten opgeleverd die traditioneel jaren van ontdekkingsonderzoek zouden vergen. De studie, gepubliceerd op 26 januari in Natuur Chemical Biology beschrijft het ontwerp van AIcrs, dit zijn door AI ontworpen anti-CRISPRs. Deze remmers richten zich op het RNA-bewerkings CRISPR-Cas13a-systeem en vertonen nanomolaire potentie. CRISPR-technologieën hebben de genetische geneeskunde geavanceerd, maar er blijven veiligheidsproblemen bestaan vanwege de mogelijkheid dat het actieve enzym onbedoelde schade aan gezonde genen veroorzaakt. Anti-CRISPR-eiwitten kunnen dit verzachten door de machines voor genbewerking te reguleren. Natuurlijke anti-CRISPR’s zijn zeldzaam; slechts 118 zijn geïdentificeerd gedurende 10 jaar onderzoek. Dr. Cyntia Taveneau, een eiwitontwerper aan de Monash University en hoofdauteur, verklaarde dat functionele CRISPR-remmers snel werden geproduceerd met behulp van AI-versneld eiwitontwerp, en dat deze remmers zowel in bacteriële als menselijke cellen functioneren. Het onderzoeksteam, geleid door universitair hoofddocent Gavin Knott van het Monash University Biomedicine Discovery Institute en Dr. Rhys Grinter van het Bio21 Institute van de Universiteit van Melbourne, maakte gebruik van RoseTTAFold Diffusion en ProteinMPNN. Deze tools genereerden 10.000 potentiële ontwerpen gericht op het HEPN-nucleasedomein van LbuCas13a. Van de 96 gefilterde kandidaten vertoonden drie hoofdremmers, genaamd AIcrVIA1, AIcrVIA2 en AIcrVIA3, IC50-waarden van ongeveer 7 nanomolair, wat duidt op een hoog remmend vermogen. Validatie omvatte röntgenkristallografie en cryo-elektronenmicroscopie. De kristalstructuur van AIcrVIA1 met een resolutie van 1,9 angstrom toonde een nauwe overeenkomst tussen het daadwerkelijke eiwit en het computationele ontwerp. De remmers waren effectief in levende systemen. In bacteriële cellen herstelde de expressie van een van de drie AIcrVIA's bacteriofaagtiters die eerder onderdrukt waren door CRISPR-activiteit. In menselijke HEK293T-cellen herstelden de remmers de fluorescente eiwitexpressie die was verminderd door Cas13a-gemedieerde RNA-splitsing. Universitair hoofddocent Knott gaf aan dat het vermogen om op maat gemaakte remmers te ontwerpen om CRISPR te reguleren zal bijdragen aan de ontwikkeling van CRISPR-instrumenten in onderzoek, geneeskunde, landbouw en microbiologie. In tegenstelling tot natuurlijke anti-CRISPR's van fagen, die beperkte mechanistische controle bieden, stellen AI-ontworpen remmers onderzoekers in staat te specificeren waar en hoe ze CRISPR-activiteit blokkeren. Deze aanpak zou kunnen worden aangepast om remmers te creëren voor andere CRISPR-systemen, waaronder TnpB-, Fanzor- en CRISPR-geleide DNA-integrasen. Dr. Grinter merkte op dat de ontdekking van natuurlijke remmers voor klinisch relevante doelen uitdagend en tijdrovend blijft. Hij verklaarde dat deze studie een snelle aanpak van anti-CRISPR-ontwerp implementeerde, waarbij AI werd gebruikt om zeer nauwkeurige en specifieke anti-CRISPR's te creëren.
