想象一下，您正在观察数以百万计的神秘基因突变。借助 CRISPR 基因编辑技术，这些突变中的一小部分可能具有治疗潜力。然而，证明这一点需要花费数千小时的实验室工作。仅仅弄清楚哪些值得进一步探索就需要花费大量的时间和金钱。但如果您可以通过人工智能在虚拟领域中做到这一点呢？
CREME 是由冷泉港实验室 (CSHL) 助理教授 Peter Koo 及其团队发明的新型人工智能虚拟实验室。它允许遗传学家只需点击一个按钮即可运行数千个虚拟实验。现在，科学家可以使用它开始识别和理解基因组的关键区域。
该程序以 CRISPR 干扰 (CRISPRi) 为模型，这是一种基于 CRISPR 的遗传扰动技术。CRISPRi 允许生物学家降低细胞中特定基因的活性。CREME 让科学家在虚拟基因组中进行类似的改变，并预测它们对基因活性的影响。换句话说，它几乎就像人工智能版本的 CRISPRi。Koo 解释道：
事实上，CRISPRi 在实验室中执行起来极具挑战性。而且你受到扰动数量和规模的限制。但由于我们[虚拟地]进行了所有扰动，因此我们可以突破界限。我们进行的实验规模是前所未有的，有数十万次扰动实验。
Koo 和他的团队在另一种名为 Enformer 的人工智能基因组分析工具上测试了 CREME。他们想知道 Enformers 算法如何对基因组进行预测。他说，此类问题是 Koos 工作的核心。
我们拥有这些大型、强大的模型。他们在获取 DNA 序列和预测基因表达方面非常引人注目。但我们确实没有任何好的方法来尝试理解这些模型正在学习什么。据推测，他们做出了准确的预测，因为他们已经了解了很多有关基因调控的规则，但我们实际上并不知道他们的预测是基于什么。
通过 CREME，Koos 团队发现了一系列遗传规则，这些规则Enformer 在分析基因组时学到了这一点。有一天，这种洞察力可能对药物发现具有无价的价值。Koo 表示，了解基因调控规则可以为您提供更多选择，以精确且可预测的方式调整基因表达水平。
通过进一步微调，CREME 可能很快会让遗传学家走上发现新治疗靶点的道路。。也许最具影响力的是，它甚至可以为无法进入真正实验室的科学家提供实现这些突破的能力。
作者：Luis Sandoval，通信专家 |sandova@cshl.edu |516-367-6826
资金
国家人类基因组研究所、国家普通医学科学研究所、西蒙斯定量生物学中心、美国国立卫生研究院、NVIDIA GPU 资助计划
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引文
Toneyan, S. 等人，解释大规模深度神经网络的顺式调控相互作用，Nature Genetics，2024 年 9 月 16 日。DOI：10.1038/s41588-024-01923-3
助理教授
癌症中心成员
耶鲁大学博士2015