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诺奖得主用AI设计出性能超越天然酶的新型基因剪刀

科学家利用人工智能技术成功设计出自然界不存在的新型CRISPR酶,性能指标均超越经过数十亿年进化的天然酶。2020年诺贝尔化学奖得主Jennifer Doudna团队改造TnpB酶,修改了约30%的序列后仍保持完整功能;创业公司Profluent生成的OpenCRISPR-1在靶向编辑效率和脱靶率上均取得突破。相关研究成果于7月16日刊登在《Nature》和《Science》上[1]。

OpenCRISPR-1的靶向编辑效率达到55.7%,超越天然Cas9的48.3%;脱靶编辑率仅为0.32%,相比Cas9的6.1%降低了约95%[1]。这两款人工设计的CRISPR蛋白与天然版本存在显著差异:OpenCRISPR-1与SpCas9之间有403个突变差异,与任何天然CRISPR蛋白至少相差182个突变[1]。考虑到Cas9蛋白通常超过1000个氨基酸,理论上的可能序列组合数高达20的1000次方[1],这一成就体现了AI在蛋白质设计中的巨大潜力。

此前同类AI工作对酶序列的改动幅度仅在1%到2%之间,而Doudna团队的30%改动幅度标志着该领域的重大突破[1]。Doudna本人表示:"我们需要AI工具帮我们跑得更快,但要把这类模型的价值榨到最大,仍然需要真正懂分子机制的人"[1]。这项研究表明科学界正从发现和应用自然基因工具向利用AI创造全新基因工具转变。


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