Биологический ИИ внутри живых клеток: как PROTEUS ускоряет эволюцию молекул

В лабораториях Сиднейского университета и Института столетия появился инструмент, который может радикально изменить синтетическую биологию. Новый биологический искусственный интеллект под названием PROTEUS (PROtein Evolution Using Selection) умеет проектировать и эволюционировать молекулы прямо внутри живых клеток млекопитающих — включая клетки человека.

Что делает PROTEUS уникальным

В основе технологии лежит идея направленной эволюции — метода, за который в 2018 году была присуждена Нобелевская премия. Обычно создание и оптимизация белков занимает годы, но PROTEUS сокращает этот путь до нескольких недель, проводя непрерывные циклы мутации, селекции и усиления свойств молекул.

Главное отличие от традиционных систем: большинство существующих платформ работают с бактериями, тогда как PROTEUS действует в клетках млекопитающих. Это значит, что полученные молекулы сразу оптимизированы для работы в человеческом организме.

Как это работает

Сначала исследователи задают клеткам «генетическую задачу» — проблему, которую нужно решить на молекулярном уровне. Затем в клетки доставляются специально созданные химерные вирусоподобные частицы, которые вносят случайные изменения в ген-мишень.

Внутри клетки разворачивается соревнование миллионов потенциальных решений. Белковые варианты, которые лучше справляются с задачей, получают «преимущество» и постепенно вытесняют менее эффективных конкурентов.

Процесс напоминает эволюцию в миниатюре — только управляемую и очень быструю.

Возможности и перспективы

Технология уже прошла проверку в независимых лабораториях и доступна в формате открытого исходного кода. Исследователи рассчитывают, что PROTEUS ускорит прогресс в:

• генной терапии — создании точных и безопасных редакторов ДНК, включая улучшенные системы CRISPR;
• мРНК-медицине — разработке более эффективных молекул для доставки лекарственных инструкций в клетки;
• дизайне ферментов — создании белков с уникальными промышленными или медицинскими свойствами;
• диагностике — например, нанотел, способных находить и сигнализировать о клеточных повреждениях.

«Молекулярные решения, о которых человек не подумает»

Ведущий автор работы, д-р Кристофер Денес, подчёркивает, что PROTEUS способен находить варианты, которые исследователю просто не пришли бы в голову. Это открывает путь к биотехнологиям, где ключевые открытия делает не только человек, но и встроенный в клетки «искусственный интеллект» — органично объединяющий живое и вычислительное.

«Мы переходим в эпоху, когда ИИ может работать на уровне самой биологии, — говорит Денес. — Это может изменить то, как мы решаем научные и медицинские задачи».