CRISPR-Cas9: L'intelligenza artificiale si fa coinvolgere nell'Editing Gene-Editing

Scoperto nel 2013, il CRISPR-Cas9 è una nuova e rivoluzionaria tecnica di editing genico.

Che si tratti di una soluzione miracolosa per curare malattie genetiche o di un potente strumento per aumentare l'uomo e creare un genere umano più resistente, CRISPR-Cas9 è diventato un meraviglioso campo di ricerca per la comunità scientifica. Una che coinvolge l'IA. Richard Sherwood, professore assistente di medicina presso il Brigham and Women's Hospital della Harvard Medical School (Boston) ha creato InDelphi, un programma informatico che coinvolge l'IA in grado di prevedere i risultati della riparazione CRISPR. Abbiamo parlato con lui.

Richard Sherwood

DirectIndustry e-magazine: Puoi spiegare velocemente come funziona CRISPR-Cas9?

Richard Sherwood: In biologia, CRISPR-Cas9 è un sistema immunitario batterico contro i virus. I batteri hanno sviluppato un modo per riconoscere specifiche sequenze di DNA e poi usare l'enzima Cas9, che è un paio di forbici molecolari, per tagliare quella sequenza di DNA che fondamentalmente ucciderà il virus. Quello che i ricercatori sono stati in grado di fare in 20 anni di ricerca è dirottare quel sistema in modo che ora solo guidando l'enzima Cas9 a qualsiasi sequenza di DNA di vostra scelta in una cellula umana è possibile ottenere l'enzima Cas9 per tagliare quella sequenza. Poi quello che succede è che la cellula umana, al contrario del virus, non solo muore, ma trova un modo per riparare quel taglio. Quella riparazione spesso causa una mutazione. La causa delle mutazioni del DNA è al centro del campo CRISPR Cas9. Dal punto di vista della ricerca, è incredibilmente utile perché molte malattie genetiche ereditarie, così come il cancro, sono in realtà causate da mutazioni del DNA.

DI e-mag: Può dirci qualcosa di più su InDelphi?

R.S.: La motivazione di ciò che abbiamo fatto è che la maggior parte delle persone ha usato CRISPR per rompere i geni. Io uso spesso questa analogia: se hai un martello, il modo più semplice per usarlo è rompere qualcosa, ma puoi anche usarlo per scalpellare e fare una scultura se lo usi nel modo giusto. Questo è ciò che stavamo guardando: possiamo usare Cas9 in modo più raffinato per sapere cosa stiamo facendo e in alcuni casi siamo in grado di riparare i geni rotti?

Il processo che stavamo esaminando riguarda ciò che accade in una cellula dopo che il DNA di quella cellula è stato tagliato con CRISPR. Abbiamo scoperto che quando una cellula è stata tagliata la riparazione non è casuale; ci sono modi molto specifici in cui la cellula ripara i tagli del CRISPR. Così siamo stati in grado di utilizzare l'apprendimento automatico per avere un programma per computer in grado di prevedere come questo accade. Quindi ora quello che possiamo fare, e questo non è stato possibile prima, è quando il CRISPR viene indirizzato a un sito del genoma possiamo effettivamente prevedere che tipo di mutazioni saranno causate. Il nostro algoritmo è stato in grado di trovare modelli e una delle cose davvero sorprendenti che ne sono venute fuori è che ci sono alcuni punti del genoma in cui, quando CRISPR taglia, la cellula ha fondamentalmente un modo dominante di riparare quella rottura.

DI e-mag: Come fa la macchina a saperlo? Come lo alleni?

R.S..: Lo facciamo generando un sacco di dati. Abbiamo sviluppato un approccio che ci permette di indirizzare il CRISPR a migliaia di siti diversi nel genoma e di monitorare quali tipi di mutazioni può causare. Era un ricco set di dati che includeva centinaia di milioni di mutazioni del DNA. Utilizzando quel grande set di dati senza precedenti sui tipi di mutazioni causate da CRISPR, siamo stati in grado di addestrare l'algoritmo alla ricerca di modelli. E 'stato in grado di trovare modelli e una delle cose davvero sorprendente che ne è venuto fuori è stato che ci sono alcuni posti nel genoma in cui quando CRISPR taglia, la cellula ha fondamentalmente un modo dominante di riparare quella rottura.

E 'come se si rompe un pezzo di vetro, ci si aspetta che si frantuma in più pezzi e non si può prevedere che tipo di pezzi si ottiene. Quello che stavamo mostrando è che se si rompe un pezzo di vetro (in un punto specifico), si romperà sempre in un modo particolare.

DI e-mag: Come si può essere sicuri che le previsioni della macchina siano corrette?

Per gentile concessione di InDelphi

R.S.: Nel campo dell'apprendimento automatico, ci sono metodi standard per testare la precisione. Generalmente si addestra il programma sull'80 o 90% dei dati e poi si usa il restante 10 o 20% per testare la qualità dell'algoritmo. Il nostro algoritmo è stato estremamente preciso nel prevedere gli eventi di riparazione. Da allora abbiamo effettivamente realizzato un'altra serie di migliaia di siti rotti nel genoma e abbiamo scoperto che l'algoritmo era altrettanto accurato nel prevedere cosa succedeva in quei siti.

L'abbiamo fatto solo sulle cellule di un piatto. Prima di pensare ad un suo utilizzo terapeutico sui pazienti, vogliamo testarlo in modelli animali ed eventualmente in contesti clinicamente più rilevanti.

DI e-mag: Che ne dici di usare CRISPR su persone sane? Biohacker Josiah Zayner finge di aver usato CRISPR sul proprio DNA. Che ne pensi?

R.S..: In questo momento, la mia ipotesi è che le persone che affermano di utilizzare CRISPR al di fuori del sistema medico non stanno facendo nulla di veramente utile. In th

nel campo medico abbiamo un modo molto ben collaudato per determinare se qualcosa è utile per i pazienti che si chiama sperimentazione clinica. Non crederei a cose al di fuori delle sperimentazioni cliniche.

DI e-mag: Chi è in grado di utilizzare la tecnologia CRISPR? E' facile?

R.S.: Sì, e questo è uno dei motivi per cui CRISPR è così rivoluzionario: per gli scienziati è estremamente facile da usare. E 'davvero meglio fare in un ambiente di laboratorio, perché è necessario introdurre sia l'enzima Cas9 e l'RNA guida nella vostra cella. Ci sono modi molto ben distribuiti in laboratorio per renderlo molto facile da fare. Questo funziona praticamente su ogni tipo di animale o pianta. Al di fuori di un laboratorio, non so che tipo di persone stanno cercando di fare alcuni esperimenti, ma certamente CRISPR è accessibile a qualsiasi scienziato. È possibile acquistare la proteina Cas9 stessa che qualcun altro ha purificato, da aziende mediche. È inoltre possibile acquistare la guida RNA come DNA.

DI e-mag: Che dire della prospettiva transumanistica di usare CRISPR per creare esseri umani aumentati?

R.S.: A lungo termine, sì, penso che potrebbe essere usato per aumentare gli esseri umani perché è una tecnologia che può cambiare i geni. Ma l'abbiamo usato per un periodo di tempo molto breve, abbiamo anche visto che può avere conseguenze indesiderate. Siamo ancora in fasi così precoci della ricerca che il pensiero di usarlo per qualcosa che non corregge una malattia genetica è per me molto prematuro perché non ne capiamo gli effetti a lungo termine.

DI e-mag: Pensi che con CRISPR creeremo un nuovo genere umano?

R.S.: A breve termine, direi che la risposta è no. Negli ultimi 25 anni sono emerse molte scoperte interessanti nel campo della medicina, ma ci vogliono davvero decenni per iniziare ad avere un grande impatto sull'assistenza sanitaria. Un esempio è l'uso del sistema immunitario per combattere i tumori. Questa idea è emersa negli ultimi 10-20 anni e solo ora c'è la prima immunoterapia sul mercato - che ha avuto delle cure miracolose. Tuttavia c'è ancora molta strada da fare. Quindi per la CRISPR è la stessa cosa. Potremmo guardare a un orizzonte di cento anni, penso, poi potrebbe avere implicazioni e potremmo avere questa discussione di nuovo....