Tra qualche giorno, al 27esimo meeting annuale dell’American Society of Gene and Cell Therapy (dove saranno presenti anche gli scienziati del San Raffaele Telethon Institute for Gene Therapy) farà per la prima volta il suo ingresso l’Intelligenza Artificiale generativa applicata all’editing genetico. I giovani scienziati di un’azienda startup californiana, Profluent, presenteranno il proof of concept di un sistema di IA generativa, come quella di ChatGPT, per creare, imitando la natura, nuovi sistemi di editing genetico.

Metodi CRISPR e intelligenza artificiale

I metodi CRISPR ad oggi utilizzati si servono di meccanismi come materiale biologico raccolto dai batteri (frammenti di RNA ed enzimi) che permette a questi organismi microscopici di combattere i germi tagliandone il DNA. Strumenti che l’intelligenza artificiale ha compreso per poterne sviluppare di nuovi: “questi modelli di intelligenza artificiale apprendono da sequenze, che si tratti di sequenze di caratteri o parole o codice informatico o aminoacidi”, ha detto al New York Times Ali Madani, cofondatore e amministratore delegato di Profluent, un giovane ingegnere (laureato all’Università di Berckley) con esperienza come ricercatore nel laboratorio di intelligenza artificiale del gigante Salesforce.

Le caratteristiche e i risultati di OpenCRISPR-1

OpenCRISPR-1 è il loro editor genetico più performante, composto da una proteina simile a Cas9 e un RNA guida, sviluppato completamente tramite i grandi modelli di linguaggio (LLMs) di Profluent. Durante il processo di addestramento di OpenCRISPR, l’IA dell’azienda ha imparato da una vasta gamma di sequenze e contesti biologici per generare milioni di proteine che non si trovano in natura, espandendo così in modo esponenziale tutte le famiglie CRISPR conosciute. “Mai viste prima in natura”, ha ribadito anche James Fraser, Professore e Presidente del Dipartimento di Bioingegneria e Scienze Terapeutiche all’Università della California, San Francisco, sul New York Times, commentando con entusiasmo la ricerca.

“I nostri risultati,” sostiene Ali Madani, “dimostrano il potere dell’IA di costruire proteine per l’editing genetico personalizzate e saranno una base per l’ingegneria proteica basata sull’IA in futuro”. “La tecnologia mira a creare editor genetici più agili e più potenti di quelli che sono stati perfezionati nel corso di miliardi di anni di evoluzione”, si spiega l’articolo del NYT.

Potenzialità dei nuovi editor genomici sviluppati dall’IA

Nell’abstract Modelli linguistici generano nuovi editor genomici da zero che verrà presentato al 27esimo meeting annuale dell’ASGC gli autori della biotech Profluent affermano: “l’editing genetico ha il potenziale per curare malattie ma richiede una complessa macchina molecolare per la manipolazione precisa del materiale genetico cellulare. Gli editor derivati dai sistemi CRISPR microbici, sebbene potenti, spesso affrontano compromessi in aspetti chiave come dimensioni, attività e immunogenicità quando utilizzati in ambienti non nativi”. L’ingegneria proteica basata sull’IA è un’alternativa potente che ha il potenziale per superare i vincoli evolutivi e generare proteine con proprietà ottimali, spiegano. All’ASGC gli autori presenteranno dunque il primo editor programmabile progettato da zero utilizzando modelli di intelligenza artificiale.

Gli scienziati hanno utilizzato modelli di IA per generare anche gli RNA guida (questi portano la proteina che taglia il DNA a destinazione) completamente sintetici, compatibili con i loro editor corrispondenti e ne aumentano l’attività. Pur mantenendo il stretto riserbo sulla tecnologia IA sviluppata, gli scienziati di Profluent hanno reso pubblico OpenCRISPR-1, “che mostra un’efficienza di editing fino al 95% attraverso una varietà di tipi cellulari, presenta un basso tasso di modifiche off target, è compatibile con l’editing di basi, e si prevede abbia una ridotta immunogenicità”, spiegano gli scienziati di Profluent. “Intendiamo rilasciarlo al pubblico al fine di democratizzare l’uso etico dell’editing genetico attraverso applicazioni di ricerca e commerciali”.

Le ricerche in essere di Profluent

Profluent non ha ancora sottoposto questi editor genetici sintetici a prove cliniche, quindi non è chiaro se possano eguagliare o superare le prestazioni del CRISPR. Ma questa prova di concetto mostra che i modelli di intelligenza artificiale possono produrre qualcosa in grado di modificare il genoma umano.

Il CEO di Profluent in un comunicato stampa ha indicato il tentativo di modificare il DNA umano con un sistema biologico progettato dall’IA come prova di un futuro in cui l’IA potrebbe progettare con precisione ciò che è necessario per creare cure su misura per diverse malattie. I ricercatori della biotech americana sostengono che “espandendo l’universo delle famiglie CRISPR questa applicazione dell’IA apre la strada a un maggiore accesso e a costi più bassi per le terapie di editing genetico”.

Hilary Eaton, Chief Business Officer di Profluent, sottolinea che, sebbene i primi trattamenti basati su CRISPR per malattie genetiche come l’anemia falciforme stiano già cambiando la vita dei pazienti, esiste una necessità urgente di accelerare lo sviluppo di questa tecnologia per migliaia di altre malattie attualmente incurabili. L’intenzione con OpenCRISPR è di collaborare con istituzioni di ricerca all’avanguardia e sviluppatori di farmaci per fornire un modo potente e pratico per accelerare in sicurezza lo sviluppo di nuove terapie genetiche CRISPR.