Künstliche Intelligenz übertrifft die Natur bei der Genbearbeitung: Eine Revolution im CRISPR-System

An der Schnittstelle von moderner Wissenschaft und Technologie hat sich ein gewaltiger Wendepunkt ereignet: Mithilfe von künstlicher Intelligenz (KI) erstellte synthetische Proteine haben bei der Genbearbeitung effektivere Ergebnisse gezeigt als natürliche Enzyme. Die in der Zeitschrift Science veröffentlichten Forschungsergebnisse ermöglichen es der Menschheit, sich bei der Veränderung der DNA-Struktur von den Beschränkungen der Evolution der Natur zu lösen. Darüber berichtet Ixbt.com berichtet .

An diesem Projekt nahmen Wissenschaftler der University of California, Berkeley unter der Leitung der Nobelpreisträgerin des Jahres 2020 Jennifer Doudna teil. Unter Verwendung von KI-Modellen gelang es den Forschern, völlig neue, synthetische Enzyme für das CRISPR-System zu entwerfen. Diese Technologie wird in Zukunft beispiellose Möglichkeiten in der Medizin und Landwirtschaft zur Behandlung genetischer Erkrankungen und zur Steigerung der Ernteerträge eröffnen.

Jenseits der Grenzen der Evolution

Herkömmliche CRISPR-Systeme basieren auf aus Bakterien gewonnenen Enzymen wie Cas9 und Cas12. In der Natur dienen diese Proteine dem Schutz von Bakterien vor Viren. Ihre manuelle Verbesserung unter Laborbedingungen ist jedoch ein äußerst komplexer Prozess, bei dem jede kleinste Veränderung zum Ausfall des Enzyms führen konnte. KI hat diesen Prozess um das Tausendfache beschleunigt.

Die Wissenschaftler konzentrierten sich auf synthetische Versionen des TnpB-Enzyms, das als Vorfahre des Cas12-Proteins gilt. Mithilfe spezieller Algorithmen wurden die Aminosäuresequenzen der Proteine bearbeitet und mit neuen Eigenschaften versehen. Als Ergebnis wurden Tausende synthetischer Varianten namens SynTnpB geschaffen. Laut ixbt.com erwiesen sich diese künstlichen Enzyme nicht nur als funktionsfähig, sondern erwiesen sich in Baktier-, Pflanzen- und menschlichen Zellen auch als aktiver als ihre natürlichen Analoga.

Technologie einer neuen Ära

Wie Soeren Lienkamp, Molekularbiologe an der Universität Zürich, betont, ermöglicht das Design von Proteinen mittels KI, Molekülen völlig neue Eigenschaften zu verleihen, während die CRISPR-Technologie die DNA-Bearbeitung für jeden zugänglich gemacht hat. Dies bedeutet, dass die Menschheit nicht länger auf die von der Natur gegebenen Werkzeuge beschränkt ist.

Mittels Kryo-Elektronenmikroskopie durchgeführte Analysen zeigten, dass die durch künstliche Intelligenz geschaffenen Proteine die Wechselwirkungen zwischen DNA und RNA weiter stabilisierten. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit von Fehlern und erhöht die Präzision beim Schneiden und Reparieren von Genen.

Diese Entdeckung läutet eine neue Ära in der Gentechnik ein. Nun können Wissenschaftler Proteine nach Maß „bestellen“, die in der Natur nicht existieren, aber für die menschliche Gesundheit notwendig sind. Diese Methode dient dazu, sicherere und effektivere Lösungen zur Behebung genetischer Defekte zu schaffen.