Nový model předpovídá produkci proteinu mRNA, zrychlující objev léčiva a vakcíny

Nový model umělé inteligence může zlepšit proces objevu léčiva a vakcíny předpovídáním, jak účinně specifické sekvence mRNA budou produkovat proteiny obecně i v různých typech buněk. Nový pokrok, vyvinutý prostřednictvím akademicko-průmyslového partnerství mezi University of Texas v Austinu a Sanofi, pomáhá předpovídat, kolik proteinových buněk bude produkovat, což může minimalizovat potřebu experimentování s pokusem a omylem a urychlit další generaci mRNA terapeutik.

Messenger RNA (mRNA) obsahuje pokyny, pro které jsou proteiny vyrobeny a jak je vyrobit, což umožňuje růst našich těl a provádět každodenní životní procesy. Mezi nejslibnější oblasti zdraví a medicíny, schopnost vyvinout nové mRNA vakcíny a léky – schopné bojovat proti virům, rakovinám a genetickým poruchám – zahrnuje často náročný proces koaxiálního buněk v těle pacienta a produkovat dostatek proteinu z terapeutické mRNA pro účinné bojové onemocnění.

Nový model zvaný Ribonn stojí, aby vedl návrh nových terapeutik na bázi mRNA osvětlením toho, co přinese nejvyšší množství proteinu nebo lepší cílové specifické části těla, jako je srdce nebo játra. Tým dnes popsal svůj model v jednom ze dvou souvisejících článků v časopise Nature Biotechnology.

„Když jsme zahájili tento projekt před šesti lety, neexistovala žádná zřejmá aplikace. Byli jsme zvědaví, zda buňky koordinují, které mRNA produkují a jak efektivně jsou přeloženy do proteinů. To je hodnota výzkumu založeného na zvědavosti. Vytváří základ pro pokroky jako Ribonn, které se staly jen mnohem později.“

Může Cenik, docent, Molecular Biosciences, University of Texas, Austin

Práce byla umožněna financováním podpory Národních ústavů zdraví, Welch Foundation a Superpočítače Lonestar6 v Texas Advanced Computing Center UT.

Při testech zahrnujících více než 140 typů lidských a myších buněk byl Ribonn při předpovídání účinnosti translace asi dvakrát přesný, jak se dříve blíží. Tento pokrok může poskytnout vědcům schopnost vytvářet předpovědi v buňkách způsoby, které by mohly pomoci urychlit léčbu rakoviny a infekční a dědičné nemoci.

Můžete myslet na to, jak buňky ve vašem těle vytvářejí proteiny, jako způsob, jakým by tým kuchařů mohl péct koláče. Pro vaření dávky proteinů kuchaři v jedné z vašich buněk (ribosomy) vyhledávají recept ve své vlastní jedinečné proteinové kuchařce (aka DNA), zkopírujte recept na notecardy zvané Messenger RNA (mRNA) a poté kombinují složky (aminokyseliny) podle receptu na pečení (proteiny) (proteiny).

Vakcína mRNA nebo terapeutická koaxe tyto kuchaře ve vašich buňkách vytváří proteiny. V případě vakcíny mohou produkovat protein nalezený na povrchu patogenního viru nebo rakovinných buněk, v podstatě mávat velkou červenou vlajkou před vaším imunitním systémem k výrobě protilátek proti viru nebo rakovině. V případě poruchy způsobené a Genetická mutaceMohli by produkovat protein, který vaše tělo nemůže správně vyrobit samy o sobě, a zvrátit poruchu.

Před vývojem svého nového prediktivního modelu Cenik a Team UT nejprve kurátovali sadu veřejně dostupných údajů z více než 10 000 experimentů, které měří, jak účinně odlišné mRNA jsou překládány do proteinů v různých typech lidských a myších buněk. Jakmile vytvořili tento datový soubor pro školení, sešli odborníci na AI a strojové učení z UT a Sanofi, aby rozvíjeli Ribonn.

Jedním z cílů prediktivního nástroje je jednoho dne vytvořit terapie, které jsou zaměřeny na konkrétní typ buňky, řekl Cenik, který je také přidruženým fakultou UT’s Oden Institute for Computational Engineering and Sciences a CPRIT vědec, který získal výzkumnou podporu od prevence rakoviny a Texas Research Institute of Texas.

„Možná potřebujete terapii nové generace, která bude provedena v játrech nebo v plicích nebo v imunitních buňkách,“ řekl. „Tím se otevírá příležitost změnit sekvenci mRNA a zvýšit produkci tohoto proteinu v tomto typu buněk.“

V doprovodném článku také v biotechnologii přírody tým prokázal, že mRNA s souvisejícími biologickými funkcemi jsou přeloženy do proteinů na podobných úrovních napříč různými typy buněk. Vědci již dlouho vědí, že proces přepisování genů se souvisejícími funkcemi do mRNA je koordinován, ale dříve nebylo prokázáno, že překládání mRNA do proteinů je také koordinováno.