《迷信》：借力人工智能 迷信家开辟出更弱小的基因载体

在懂得这篇由有名分子生物学家George M. Church传授揭橥于《迷信》的重磅论文前，我们先懂得一下什么是腺相干病毒（AAV）。AAV是一种单链DNA病毒，由迷信家1965年在制备腺病毒时发明，是以得名腺相干病毒。腺病毒会沾染多种脊椎植物，这个中也包含人类，会诱发人类的上呼吸道沾染，而AAV十分特殊，今朝的迷信界共鸣是它不会招致任何人类疾病，也是今朝人类发明的一类构造最复杂的单链DNA缺点型病毒，恰是由于其DNA构造上的缺点，在没有帮助病毒的介入下（典范的如腺病毒、纯真疱疹病毒等），AAV无法激发病毒沾染。如许的特征让AAV成为了迷信家眼中最为幻想的基因。

未经改革的自然存在野生型AAV由卵白衣壳（capside）和长度为4.7kb的单链DNA基因组组成。卵白衣壳由三个亚基构成，辨别为VP1，VP2，和VP3。AAV基因组两头为两个“T”型的末尾反向反复序列（inverted terminal repeat， ITR）。这两个ITRs是病毒DNA复制的终点和触发病毒包装的旌旗灯号。AAV基因组中的rep基因编码4个与病毒复制相干的卵白，辨别为Rep78、Rep68、Rep52、和Rep40。

迷信家经过改革AAV，取得了用于基因疗法的优秀——重组腺相干病毒（rAAV）。rAAV携带的卵白衣壳与野生型AAV简直完整雷同，但是衣壳内的基因组中编码病毒卵白的部门完整被删除，取而代之的是医治性转基因（transgene）。如今，AAV基因组中被保存的部门次要是编码衣壳卵白的cap基因，以及ITRs，它起到指点基因组的复制和病毒组装的感化。将编码病毒卵白的部门完整删除的长处是：一方面可以最年夜化重组AAV携带转基因的容量，另一方面减小体内递送转基因时发生的免疫原性和细胞毒性。但今朝的rAAV仍然不克不及知足基因疗法的需求，我们急迫的须要一款功效更为弱小的AAV，而此次哈佛年夜学（Harvard University）有名分子生物学家George M. Church传授引导研讨团队结合Dyno Therapeutics公司（Dyno Therapeutics是一家将人工智能使用于的生物技巧公司）的迷信家，经过联合盘算机技巧，胜利获得了一批功效优良的AAV。

先前的研讨战略集中在对cap基因的优化，使其添加递送效力的同时也就有侵染活性，研讨战略限于随机渐变，后果不睬想。是以，研讨小组对腺相干病毒2型（AAV2）衣壳中的735个氨基酸位点停止单渐变，从而生成了一个包括约200，000个变体的单渐变库。为了研讨其功效，研讨人员将这些渐变体转染到小鼠中，看它们在小鼠分歧器官的富集水平。比方，有些渐变体特意地在肝脏富集，有些则在血液。这个景象也叫“归巢”景象。同时，他们经过奇妙的试验设计，判定了对应的衣壳变更，与渐变位点的对应关系，树立起了一个盘算机模子。

但实践设计中，单渐变能够知足不了基因疗法的需求，要采取多渐变位点设计，同时还要AAV2的活气。为此，他们用盘算机模子猜测了多位点渐变的一些组合，并与随机渐变组合的停止了比拟，最终发明盘算机设计的渐变体，好多既有高的AVV2活气，又坚持了其“归巢”的潜能。令人惊喜的是，研讨团队还发明了隐蔽在衣壳编码DNA序列中的新帮助卵白，该卵白可与靶细胞膜联合。

这篇论文构建迄今为止最片面的AAV卵白衣壳库。Crunch传授表现：“应用这个文库发生的数据，我们还可以设计出更多衣壳渐变体，比先前天然某人工变异发生的还要多。不只如斯，AI设计发生无效衣壳的效力远远超越随机诱变办法发生的AAV。”

“这些高通量的技巧与盘算机技巧相联合，为将来的奠基了坚实的根底。”Dyno Therapeutics公司现任首席履行官，论文配合第一作者Eric Kelsic博士对此表现，过来的办法，如工资设计或随机渐变，都存在各自的缺陷，不是受渐变库范围限制，就是质量低下。机械帮助设计则是一种数据驱动的卵白质工程办法，别的有足够数据的复杂数学模子就可以胜利生成可行的分解衣壳。由此借助盘算机的力气，便可充沛联合应用上述卵白质工程的迭代和经历办法，从而生成年夜量高质量的衣壳变体。”

别的，文章作者还发明，cap基因还能编码一个新的卵白MAAP（membrane-associatedaccessory protein）。文章作者揣测，MAAP卵白能够与之前在工程型AVV2库中发明的高基因组-衣壳耦合景象有关。MAAP存在于年夜部门AAV血清型中，研讨人员信任它将在病毒的天然性命周期中发扬感化。研讨人员表现：“研讨MAAP的功效是一个令人高兴的范畴，并有助于人们更好地舆解AAV、并设计更好地AAV基因疗法。该发明令人鼓舞，但却只是迈出了第一步。应用这些数据和来自将来试验的数据，我们可以构建机械进修模子来优化AAV载体衣壳，并处理各类的挑衅。”这项研讨可以说是一个里程碑式的停顿，更是一个优越的开始。