Opracowano nowe podejście oparte na sztucznej inteligencji w celu odkrywania nowych białek deaminazy, wykorzystywanych w edycji zasad, poprzez przewidywanie strukturalne i klasyfikację. Badanie podkreśla podejście, które wykorzystuje tylko nadrodzinę deaminaz cytydynowych do opracowania zestawu nowych technologii i odkrycia nowych funkcji białek.

Naukowcy pod kierunkiem dr Caixii Gao z Instytutu Genetyki i Biologii Rozwoju Chińskiej Akademii Nauk, którzy koncentrują się na edycji genomu roślin, zauważają, że opracowanie zestawu podstawowych edytorów o unikalnych funkcjach — opartych na sztucznej inteligencji -wspomagane przewidywania strukturalne — znacznie rozszerza użyteczność podstawowych edytorów do zastosowań terapeutycznych i rolniczych — otwierając szereg aplikacji do odkrywania i tworzenia pożądanych cech genetycznych roślin.

Wyniki opublikowano w Komórka w artykule „Odkrycie funkcji deaminazy przez grupowanie białek oparte na strukturze”.

Obecnie wysiłki mające na celu wydobycie nowych białek zasadniczo opierają się na sekwencjach aminokwasowych, które nie mogą zapewnić solidnego powiązania między informacjami strukturalnymi a funkcją białek.

Edycja podstaw może zrewolucjonizować hodowlę roślin molekularnych poprzez wprowadzenie pożądanych cech do elitarnej plazmy zarodkowej. Odkrycie kilku deaminaz rozszerzyło możliwości edycji zasady cytozyny. Chociaż tradycyjne wysiłki oparte na sekwencjach zidentyfikowały wiele białek do wykorzystania jako edytory zasad, nadal istnieją ograniczenia w edytowaniu określonych sekwencji DNA lub gatunków.

Kanoniczne wysiłki oparte wyłącznie na inżynierii białek i ukierunkowanej ewolucji pomogły zróżnicować podstawowe właściwości edycji, ale wyzwania pozostają. Przewidując struktury białek z rodziny deaminaz za pomocą AlphaFold2, naukowcy pogrupowali i przeanalizowali deaminazy na podstawie podobieństw strukturalnych. Zidentyfikowali pięć nowych klastrów deaminaz z aktywnością deaminacji cytydyny w kontekście edytorów baz DNA.

Ponadto podejście to dodatkowo przeklasyfikowało grupę deaminaz cytydynowych, SCP1.201, o których wcześniej sądzono, że działają na dsDNA, w celu przeprowadzania deaminacji przede wszystkim na ssDNA. Poprzez późniejsze profilowanie białek i wysiłki inżynieryjne opracowali zestaw nowych edytorów baz DNA o niezwykłych funkcjach. Te deaminazy wykazują właściwości, takie jak wyższa wydajność, mniejsze generowanie zdarzeń edycji poza celem, edycja przy różnych preferowanych motywach sekwencji i znacznie mniejszy rozmiar.

Naukowcy podkreślili, że opracowanie pakietu edytorów bazowych umożliwiłoby w przyszłości dostosowywanie aplikacji do różnych działań w zakresie hodowli terapeutycznej lub rolniczej. Opracowali najmniejszą jednoniciową specyficzną deaminazę cytydynową, umożliwiającą umieszczenie pierwszego wydajnego edytora zasad cytozynowych w pojedynczym wirusie związanym z adenowirusem.

Odkryli również wysoce skuteczną deaminazę z tego kladu, specjalnie dla roślin soi, ważnej na całym świecie uprawy rolnej, która wcześniej wykazywała słabą edycję przez redaktorów baz cytozynowych.

Ogólnie rzecz biorąc, niedawne pojawienie się przewidywania struktury białek przy użyciu rosnących baz danych genomowych znacznie przyspieszy rozwój nowych narzędzi bioinżynierii. Ponadto badanie to będzie przedmiotem szerokiego zainteresowania szerszej społeczności badawczej zajmującej się filogenetyką, metagenomiką, inżynierią i ewolucją białek, edycją genomu i hodowlą roślin.