Yapay zeka yardımıyla tasarlanan DNA, ilk kez memeli hücrelerinin davranışlarını kontrol ediyor.

Barselona'daki bir bilim insanları ekibi, ilk kez sağlıklı memeli hücrelerinin işleyişini kontrol eden DNA parçalarını tasarlayabilen yapay zeka sistemi geliştirdi.

Çalışma, biyomedikal alanda makine öğrenimi sistemlerinin kullanımına yeni bir bakış açısı getiriyor. Bu teknoloji, başlıca savunucularından biri olan ve geçen yıl bu alandaki çalışmalarından dolayı Nobel Kimya Ödülü'nü kazanan biyoenformatikçi David Baker'ın ifadesiyle devrim niteliğinde. Şimdiye kadar bu uygulamaların çoğu, özel olarak tasarlanmış işlevlere sahip proteinler üretmeye odaklanmıştı; çoğu durumda doğada bulunmayan ve aşı, kanser tedavisi veya zehirlere karşı panzehir olarak işlev görebilen moleküller yaratılıyordu.

Uzmanlık dergisinde yayınlanan yeni çalışma Hücre , proteinlerin tasarımıyla değil, onları üretmenin reçetesini içeren DNA'nın genetik koduyla ilgilenir. İnsan genomu yaklaşık 3 milyar DNA harfinden oluşan çok uzun bir dizidir (TCAGG…). Bu talimat kitabı okunmuş ve genler gibi temel bileşenlerinden bazıları biliniyor olsa da, bir insanın tüm farklılaşmış doku tipleriyle nasıl oluştuğunu veya bir tümörün nasıl geliştiğini belirlemede önemli rol oynamalarına rağmen, kodun diğer kısımları hâlâ büyük ölçüde bilinmemektedir.

37 yaşındaki Alman biyolog Lars Velten , kariyerinin çoğunu DNA'nın dilini anlamaya çalışarak geçirdi. Özellikle gen fonksiyonunu düzenleyen ve örneğin bir kök hücrenin vücutta oksijen taşıyabilen bir kırmızı kan hücresi mi, yoksa herhangi bir tehdidi arayıp ortadan kaldırabilen bir beyaz kan hücresi mi olacağına karar veren genetik unsurlar. Bilim insanları, kan hücrelerinin gelişimi ve davranışı için hayati önem taşıyan genlerin aktivitesini düzenlemede anahtar rol oynayan, güçlendiriciler adı verilen, yaklaşık 250 DNA harfi uzunluğundaki nispeten küçük DNA parçalarına odaklandılar.

Ekip, son beş yıl içinde yaklaşık 64.000 sentetik güçlendiriciyi yapay zeka sistemine sundu ve her birinin işlevini öğrendi. Bu, kırmızı kan hücreleri, birkaç beyaz kan hücresi türü ve kan kök hücreleri de dahil olmak üzere yedi farklı kan hücresi türünün davranışını anlamak için şimdiye kadar bir araya getirilen en büyük genetik bileşen koleksiyonudur. Güçlendiriciler, gen fonksiyonunu da düzenleyen proteinler olan transkripsiyon faktörlerine bağlanarak çalışırlar. Araştırmacılar, 38 transkripsiyon faktörüyle tam bağlantıyı analiz ettiler.

Sistem, tüm bu verilerle doğada bulunmayan yeni güçlendiriciler yaratabildi. Araştırmacılar bu DNA parçalarını alıp kan hücrelerinin genomuna yerleştirdiler ve bunların istenilen genlerin aktivitesini açıp kapatabildiğini veya düzenleyebildiğini gösterdiler. Yapay zeka sistemi tarafından oluşturulan bir DNA kelimesi, canlı hücrelerin davranışlarını ve kaderini belirliyor.

Velten, "Bu, sağlıklı hücrelerde ilk kez böyle bir şeyin başarıldığı bir durum. Zira şimdiye kadar araştırmalar, daha kolay işlenebilen kanser hücreleri üzerinde yoğunlaşmıştı" diyor. Ekip, sistemi fare kan hücreleri kullanarak gösterdi ancak bunun yalnızca ilk adım olduğuna inanıyorlar.

Bir olasılık, aynı yöntemin diğer sağlıklı dokulardaki hücrelerin davranışlarını ve kaderlerini kontrol etmek için de kullanılabileceğidir. Bu sistemin daha uzun vadeli bir uygulaması da kanser hücrelerinde, hatta gelecekte hastalığa yol açabilecek tehlikeli genetik mutasyonlara sahip diğer hücrelerde kullanılmasıdır. "Yaşlanmayla birlikte biriken belirli mutasyonlar var. Bu hücreler için genetik güçlendiriciler geliştirmekle ilgileniyorum çünkü şu anda bunlarla savaşacak iyi bir ilaç yok," diye açıklıyor Velten.

Çalışmada yer almayan, İspanya Ulusal Kanser Araştırma Merkezi'nde (CNIO) yapay zeka kullanan protein tasarımı konusunda uzman biyokimyacı Susana Vázquez ise bunun önemini vurguluyor. Bilim insanı, "En ilginç yönlerden biri de bu kapsamlı veri toplamanın, DNA dizilerini sıfırdan, yani de novo olarak tasarlayabilen yapay zeka algoritmalarını eğitmemize nasıl olanak sağladığıdır" diyor. "Bu diziler belirli hücresel tepkileri tetikleyerek hücresel davranışı programlamanın bir yolunu açabilir. Bence bu çalışma, yapay zekanın bilginin tüm alanlarında gerçek bir etki yaratmaya başladığı, yaşadığımız dönüşüm anını mükemmel bir şekilde yansıtıyor," diye ekliyor.