AI编写的DNA到底是啥样？

就在刚刚，初创公司Profluent宣布，完全由AI设计的基因编辑器，已经成功编辑了人类细胞中的DNA。

也就是说，世界上首个使用AI从头设计的分子级精确基因编辑器诞生了。

就像ChatGPT能生成诗歌一样，Profluent这个全新的AI系统，可以让我们编辑自己DNA的微观机制生成蓝图。

这也就意味着，我们掌握了自己的基因组密码。未来的科学家，会比今天更精确、更快速地对抗疾病。

重组DNA的AI技术诞生

初创公司Profluent最近发布了一项令人瞩目的研究成果，这项技术与驱动ChatGPT的算法类似，通过对海量生物数据的深度分析，成功创造了新型基因编辑器。这项研究成果预计将在下月的美国基因与细胞治疗学会年会上正式发布。

初创公司Profluent在刚刚发表的这篇论文中，详细描述了这项技术。

论文地址：https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.04.22.590591v1.full.pdf

论文预计将于下月，在美国基因与细胞治疗学会年会上发表。

这项技术的核心在于借鉴了诺贝尔奖获奖的CRISPR机制，这是一种在自然界中发现的生物机制，通过从细菌中收集的生物材料，赋予了微生物抵抗其他细菌的能力。Profluent利用AI技术从大自然中学习并创造出全新的基因编辑器，这些编辑器在以前从未在地球上存在过。

加州大学旧金山分校生物工程和治疗科学系教授James Fraser指出，如果这些技术持续发展，我们可能会拥有比自然进化数十亿年更灵活、更强大的基因编辑器。

值得一提的是，Profluent已经决定开源其AI技术生成的基因编辑器——OpenCRISPR-1，这意味着个人、学术实验室以及公司都可以免费使用这些技术。虽然生物实验室和制药公司中开源并不常见，但AI界的开源实践已经证明了其加速新技术产生的价值。

当然，Profluent也只是开源了其AI技术生成的基因编辑器，并没有开源AI技术本身。

那么，AI编辑蛋白质为何如此重要呢？目前，蛋白质工程界在复制功能性蛋白质或进行定向进化时，往往还需要从自然界中复制。

许多对人类有重大意义的蛋白质，都是我们偶然发现的，比如狗的胰岛素、酸奶设施中的Cas9和经常造成食物中毒的肉毒杆菌毒素。

大型生成蛋白质语言模型的作用，就是可以捕获使天然蛋白质发挥作用的基本蓝图。它们勾勒出一条捷径，可以绕过进化的随机过程，推动人类有意识地为特定目的设计蛋白质。

Cas9蛋白，是CRISPR-Cas9基因编辑系统的核心组成部分，它是一种RNA引导的核酸酶，可以搜索人类基因组中的所有30亿个核苷酸，并在一个特定位点进行切割。

然而，大型生成蛋白质语言模型的出现，使得我们可以捕获天然蛋白质的基本蓝图，从而绕过进化的随机过程，有意识地为特定目的设计蛋白质。

例如，Cas9蛋白作为CRISPR-Cas9基因编辑系统的核心，具有在基因组中特定位置进行切割的能力。然而，其设计空间巨大，包含远超可观测宇宙中原子数量的可能序列。传统的实验方法几乎无法穷尽所有可能的序列变异。但AI系统却能轻松探索整个搜索空间，快速发现功能性的基因编辑器。

因此，Profluent的这项研究不仅展示了AI在生物科技领域的巨大潜力，也为未来的基因编辑和蛋白质工程提供了新的可能性。

全球首个开源基因编辑器，改写人类DNA

基因编辑器OpenCRISPR-1，这款革命性的工具，由Profluent公司的AI大模型倾力打造，其核心构成包括一个精心设计的Cas9样蛋白质以及引导RNA。

OpenCRISPR-1的诞生，完全归功于Profluent的尖端AI技术。在研发过程中，研究团队深入挖掘了庞大的26TB基因组与元基因组数据库系统，从中提炼出超过100万个CRISPR操纵子的珍贵数据集。

通过深度训练OpenCRISPR-1，AI模型从海量的序列与生物背景信息中汲取智慧，成功生成了自然界中从未出现过的数百万种CRISPR样蛋白。这一突破性的进展，标志着人类在蛋白质设计与创新领域迈出了重要的一步。

令人振奋的是，AI生成的蛋白质集群数量，竟是自然界中已发现的CRISPR-Cas家族的4.8倍之多，实现了指数级的扩展。这一成就不仅彰显了AI在生物科技领域的巨大潜力，也为未来的基因编辑和蛋白质工程提供了无限可能。

此外，研究团队还巧妙地利用语言模型为类Cas9效应蛋白定制了单引导RNA序列。这种定制化的设计使得OpenCRISPR-1在基因编辑过程中能够展现出更高的精确性和效率。

与传统的基因编辑效应器SpCas9相比，OpenCRISPR-1在多个方面展现出了显著的优势。实验结果显示，几个生成的基因编辑器在活性和特异性方面均达到了与SpCas9相当或更高的水平，同时在序列上存在着高达400个突变。这一发现为OpenCRISPR-1在基因编辑领域的广泛应用奠定了坚实的基础。

更值得一提的是，研究人员还成功证明了OpenCRISPR-1与碱基编辑的兼容性。这一特性使得OpenCRISPR-1能够在更广泛的基因编辑任务中发挥作用，为科学研究和医学治疗等领域提供了强大的工具。

在这项研究中，研究团队还取得了一系列关键成果。他们利用AI技术生成了庞大的CRISPR-Cas蛋白质宇宙，其中包括了自然界中已发现的蛋白质的4.8倍之多。这一成果不仅展示了AI在蛋白质设计领域的强大能力，也为未来的蛋白质工程提供了丰富的素材库。

此外，研究团队还通过详尽的数据挖掘和模型训练，成功生成了具有特定功能的类Cas9蛋白。这些蛋白在序列上与天然蛋白存在显著差异，但在功能上却表现出了高度的一致性和特异性。这一成果为新型基因编辑器的设计提供了新的思路和方法。

最后，研究团队还通过实验验证了OpenCRISPR-1在人类细胞中的基因编辑能力。结果显示，生成的基因编辑器能够高效、精确地进行基因编辑操作，为人类细胞研究和疾病治疗等领域带来了新的希望和可能。

总之，基因编辑器OpenCRISPR-1的诞生标志着人类在基因编辑和蛋白质工程领域取得了重大突破。随着AI技术的不断发展和完善，我们有理由相信，未来将有更多创新性的基因编辑工具问世，为人类健康和生命科学研究带来更加广阔的前景。