Gen düzenlemede çığır açıcı adım: Binlerce "DNA butonu" geliştirildi

Canlıların vücudundaki tüm hücrelerde aynı genetik kod, yani DNA var. Fakat hangi genlerin aktive olduğu hücrenin işlevine göre değişiyor. 

Cis-düzenleyici elementler (CRE) denen "DNA butonları", bu süreci kontrol ederek doğru genlerin doğru zamanda harekete geçmesini sağlıyor.

Bilim insanları son yıllarda atılan adımlar sayesinde canlı hücrelerdeki genleri değiştirebiliyor. Ancak genleri organizmanın tamamından ziyade, spesifik hücre tiplerinde "açıp kapatmak" epey zorlu bir iş.

Bunun en temel nedeniyse farklı görevlere sahip CRE'lerin nasıl davranacağının kestirilememesiydi. Örneğin insan genomunda binlerce farklı CRE var ancak bunların "dilini" çözemeyen bilim insanları sürece istedikleri gibi müdahale edemiyordu. 

Jackson Laboratuvarı, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'yle (MIT) Harvard Üniversitesi'ne bağlı Broad Enstitüsü ve Yale Üniversitesi'nden araştırmacılar, bu sorunun üstesinden gelmek adına yapay zekaya başvurdu.

Önde gelen hakemli dergi Nature'da dün (23 Ekim) yayımlanan çalışmayı yürüten ekip, derin öğrenme yöntemiyle CRE aktivitesini tahmin edebilen bir yapay zeka modeli geliştirdi. 

Bilim insanları kan, karaciğer ve beyin hücrelerindeki CRE aktivitesini ölçümlerini kullandı. Bu sayede model, insan genomundan yüzbinlerce DNA dizisiyle eğitildi.  

Eğitimin ardından yapay zeka, neredeyse sonsuz sayıda farklı kombinasyonlara girebilen dizilimlerdeki CRE aktivitelerini isabetli bir şekilde tahmin etti.

Araştırmacılar daha sonra başka bir platform kullanarak seçilen hücre tiplerindeki gen ifadesini kontrol edebilen binlerce yeni CRE tasarladı.

Bu sentetik CRE'leri canlı hayvanlar üzerinde test eden ekip bir proteini, gelişim aşamasındaki zebra balıklarının sadece karaciğerinde aktive etmeyi başardı. 

Başka hücre ve dokuları etkilemeden sadece bir bölgedeki genleri kontrol etmeyi mümkün kılan bu gelişme, çeşitli genetik hastalıklara karşı yeni tedaviler geliştirilmesini sağlayabilir.

Jackson Laboratuvarı'ndan çalışmanın ortak başyazarı Ryan Tewhey "Bu teknoloji, önceden tanımlanmış işlevlere sahip yeni düzenleyici unsurların yazılmasına giden yolu açıyor" diyerek ekliyor:

Bu tür araçlar temel araştırmalarda değerli olacak. Fakat bunlar aynı zamanda çok spesifik hücre tiplerinde gen ifadesini kontrol etmek için tedavi amacıyla da kullanılabilir ve önemli biyomedikal etkiler de yaratabilir.