En un esfuerzo innovador para optimizar las herramientas de edición del genoma CRISPR Cas9, los científicos del Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) aprovechado el poder de la biología cuántica, inteligencia artificial (IA) y bioingeniería. Su atención se ha centrado en mejorar el rendimiento de CRISPR sobre microbios, que tienen potencial para producir combustibles y productos químicos renovables.
CRISPR Cas9, un reconocido instrumento de bioingeniería, generalmente ha sido menos eficiente cuando se aplica a microbios debido a la dependencia de modelos construidos a partir de datos limitados de especies. “Se han desarrollado muchas herramientas CRISPR para células de mamíferos, moscas de la fruta u otras especies modelo. Pocos se han dirigido a microbios cuyas estructuras y tamaños cromosómicos son muy diferentes”, afirmó Carrie Eckert, líder del grupo de Biología Sintética del ORNL. Esta observación llevó al equipo a buscar una comprensión más profunda de los procesos celulares a nivel cuántico para mejorar el diseño del ARN guía, lo que conduciría a mayores avances en la biología cuántica.
Los científicos de ORNL desarrollaron un modelo de IA explicable llamado bosque aleatorio iterativo, que se entrenó en un vasto conjunto de datos de guías. ARNs guía centrándose en las propiedades químicas cuánticas. Este modelo ha demostrado ser un importante paso adelante, al identificar características de nucleótidos cruciales para mejorar la selección de ARN guía eficaces para la tecnología CRISPR. "El modelo nos ayudó a identificar pistas sobre los mecanismos moleculares que sustentan la eficiencia de nuestros ARN guía", compartió la bióloga de sistemas computacionales Erica Prates.
Esta investigación, que se extiende más allá del mundo microbiano, tiene implicaciones prometedoras para el desarrollo de fármacos y otras áreas donde se podría aplicar la tecnología CRISPR. "Este artículo incluso tiene implicaciones a escala humana", mencionó Eckert, destacando la importancia de modelos precisos para apuntar a regiones genómicas específicas.
Al integrar la biología cuántica en sus modelos, el equipo de ORNL ha abierto una nueva frontera para las mejoras de CRISPR Cas9 en varias especies. Su trabajo contribuye a una comprensión más amplia de la genómica funcional, vinculando genes con rasgos físicos e impulsando la eficiencia de las herramientas de edición del genoma. "Estamos mejorando enormemente nuestras predicciones del ARN guía con esta investigación", concluyó Eckert, subrayando la ambición de perfeccionar estas herramientas para lograr precisión y rapidez en la investigación científica.
Kenna Hughes-Castleberry es redactora de Inside Quantum Technology y comunicadora científica de JILA (una asociación entre la Universidad de Colorado Boulder y NIST). Sus temas de escritura incluyen tecnología profunda, computación cuántica e inteligencia artificial. Su trabajo ha aparecido en Scientific American, Discover Magazine, New Scientist, Ars Technica y más.
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- Fuente: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/scientists-leverage-ai-and-quantum-biology-to-improve-genome-editing-tool/
