חוקרי הרפואה של סטנפורד פיתחו כלי בינה מלאכותית כדי לעזור למדענים לתכנן טוב יותר ניסויים לעריכת גנים. הטכנולוגיה, CRISPR -GPT, משמשת כ"קופילוט "בעריכת גנים הנתמכת על ידי AI כדי לסייע לחוקרים – אפילו אלה שאינם מכירים את עריכת הגנים – לייצר עיצובים, לנתח נתונים ולפתור בעיות פגמים בעיצוב.
המודל בונה על כלי שנקרא CRISPR, טכנולוגיית עריכת גנים חזקה המשמשת לעריכת גנומים ופיתוח טיפולים למחלות גנטיות. אולם אימון בכלי לעיצוב ניסוי הוא מסובך וגוזל זמן – אפילו עבור מדענים מנוסים. CRISPR-GPT מהירויות המתמודדות יחד, אוטומציה של חלק גדול מהעיצוב והעידון הניסיוני. המטרה, אמרה לה קונג, דוקטורט, עוזרת פרופסור לפתולוגיה וגנטיקה, שהובילה את פיתוח הטכנולוגיה, היא לעזור למדענים לייצר תרופות מצילות חיים מהר יותר.
התקווה היא ש- CRISPR-GPT יעזור לנו לפתח תרופות חדשות בחודשים, במקום שנים. בנוסף לסייע לסטודנטים, חניכים ומדענים לעבוד יחד, בעל סוכן AI שמאיץ ניסויים יכול בסופו של דבר לעזור בסופו של דבר להציל חיים. "
Le Cong, PhD, עוזר פרופסור לפתולוגיה וגנטיקה, רפואת סטנפורד
בנוסף, זה יכול להרחיב את מאגר המדענים שיכולים להשתמש ביעילות בטכנולוגיית עריכת גנים – אין צורך בניסיון. לדוגמה, סטודנט במעבדה של קונג השתמש ב- CRISPR-GPT כדי להנחות בהצלחה ניסוי שכיבה קומץ גנים בתאי סרטן הריאות בניסיון הראשון שלו. הישג מסוג זה דורש בדרך כלל תקופה ממושכת של ניסוי וטעייה. אולם היכולת של כלי ה- AI לשטח את עקומת הלמידה התלולה של CRISPR נראית כמו דרך מבטיחה לפתוח גישה לעריכת גנים לאורך כל התעשיות הביוטכנולוגיות, החקלאות והרפואה, אמר קונג.
"ניסוי וטעייה הם לרוב הנושא המרכזי של הכשרה במדע", אמר קונג. "אבל מה אם זה יכול פשוט להיות משפט ולעשות?"
קונג הוא המחבר הבכיר של המחקר שפורסם ב -30 ביולי ב הטבע הנדסה ביו -רפואיתו המחברים המובילים הם יואנהו קו, סטודנטית לתארים מתקדמים בביולוגיה של סרטן, וקייקסואן הואנג, סטודנטית לשיתוף פעולה באוניברסיטת פרינסטון.
AI שחושב כמו אדם
CRISPR יכול למקד לקטעים של DNA ולצלם מוטציות בעייתיות – הבסיס הרעיוני לטיפולים רבים של מחלות גנטיות כמו אנמיה של תאי מגל. אבל זה יכול לקחת חודשים של עבודת ניחוש ובדיקה כדי שהחוקרים כדי להעריך אם הקטע החשוד ב- DNA הוא אכן האשם שהם צריכים לבלוט. (CRISPR יכול לפעמים לערוך בטעות את רצף הגנים הלא נכון, מה שמוביל להשפעות גנטיות לא רצויות.)
CRISPR-GPT משתמש בשנים של נתונים שפורסמו כדי לחדד את העיצוב הניסיוני למשהו שעשוי להצליח. זה יכול גם לחזות עריכות מחוץ למטרה ואת הסבירות שלהם לגרום נזק, לאפשר למומחים לבחור את הדרך הטובה ביותר קדימה.
הצוות של קונג אימן את המודל שלהם עם דיונים מומחים בשווי 11 שנים, שנלכד ברשת, מניסויי CRISPR ומידע שפורסם בעיתונים מדעיים. התוצאה? מודל AI ש"חושב "כמו מדען.
בעת השימוש ב- CRISPR-GPT, החוקר יוזם שיחה עם סוכן ה- AI באמצעות תיבת צ'אט טקסטים, ומספק יעדים ניסיוניים, הקשר ורצפי גנים רלוונטיים. לאחר מכן, CRISPR -GPT יוצר תוכנית המציעה גישות ניסיוניות ומזהה בעיות שהתרחשו בניסויים דומים כדי לעזור לחוקר – מתחילים או מומחים – להימנע מהן.
Yilong Zhou, סטודנטית לתואר ראשון באוניברסיטת Tsinghua, השתמש ב- CRISPR-GPT לגנים פעילים בהצלחה בתאי סרטן מלנומה A375 כחלק ממחקרו להבנה טובה יותר מדוע אימונותרפיה של סרטן לפעמים נכשלת.
ג'ואו הקליד את שאלתו לתיבת הטקסט של CRISPR-GPT: "אני מתכנן לעשות CRISPR להפעיל בתרבות של תאי ריאה אנושיים, באיזו שיטה עלי להשתמש?"
CRISPR-GPT הגיב כמו בן זוג מעבדה מנוסה המייעץ לחוקר חדש. היא ניסחה עיצוב ניסיוני ובכל שלב, הסבירה את תהליך "המחשבה" שלו, ותיארה מדוע הצעדים השונים היו חשובים.
"יכולתי פשוט לשאול שאלות כשלא הבנתי משהו, וזה היה מסביר או להתאים את העיצוב כדי לעזור לי להבין," אמר ג'ו. "השימוש ב- CRISPR-GPT הרגיש פחות כמו כלי ויותר כמו שותף מעבדה זמין תמיד."
כמדען בקריירה מוקדמת, ג'ו עיצב רק קומץ ניסויים ב- CRISPR לפני השימוש ב- CRISPR-GPT. בניסוי זה נדרש לו ניסיון אחד להשיג את זה נכון – נדיר עבור מרבית המדענים.
בעבר ג'ואו דאג כל הזמן לטעות ולבדוק כפול את העיצובים שלו.
הפחתת שגיאה והגברת הנגישות
CRISPR-GPT יכול לעבור בין שלושה מצבים: מתחיל, מומחה ותשובות. מצב המתחילים מתפקד ככלי וכמורה, ומספק תשובה והסבר לכל המלצה. מצב מומחה הוא יותר שותף שווה, העובד עם מדענים מתקדמים כדי להתמודד עם בעיות מורכבות מבלי לספק הקשר נוסף. כל חוקר יכול להשתמש בפונקציית שאלות ותשובות כדי להתייחס ישירות לשאלות ספציפיות.
זה שימושי גם לשיתוף ידע ושיתוף פעולה עם מעבדות אחרות, אמר קונג. CRISPR-GPT מספק תגובה מפורטת והוליסטית יותר ממה שנאסף בדרך כלל מכתב יד מדעי ומגיב לחקירה חוזרת ונשנית בצמצום.
CRISPR-GPT יכול גם לבדוק את עבודת החוקרים וליישם מסגרות ניסיוניות על מחלות חדשות, ייתכן שהחוקרים לא חושבים עליהם.
"אנשים במעבדה שלי מצאו את הכלי הזה מועיל מאוד," אמר קונג. "ההחלטות מתקבלות בסופו של דבר על ידי מדעני אנוש, אבל זה פשוט הופך את כל התהליך הזה – מעיצוב ניסוי לביצוע – סופר פשוט."
עריכה באחריות והרחבה עתידית
בעוד שהטכנולוגיה מבטיחה להאצת מחקר טיפולית, עדיין ישנם כמה חששות בטיחותיים שאפשר לטפל בהם לפני שדחפו את CRISPR-GPT בצורה רחבה יותר.
קונג וצוותו כבר שילבו אמצעי הגנה להגנה על כלי ה- AI מפני שימושים חסרי אחריות. לדוגמה, אם ה- AI מקבל בקשה לסייע בפעילות לא אתית, כגון עריכת וירוס או עובר אנושי, CRISPR-GPT ינפיק אזהרה למשתמש ותגיב עם הודעת שגיאה, תוך עצירת האינטראקציה יעילה. קונג מתכנן גם להביא את הטכנולוגיה לסוכנויות ממשלתיות, כמו המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה, כדי להבטיח שימוש אתי וביטחון ביולוגי קול.
בעתיד, הכלי עשוי לשמש תכנית להכשרת AI לביצוע משימות ביולוגיות ספציפיות מחוץ לעריכת הגנים. החל מפיתוח קווים חדשים של תאי גזע כמודלים ניסיוניים, וכלה בפענוח מסלולי מולקולריים המעורבים במחלות לב, CONG מקווה להרחיב את הטכנולוגיה לתחומים אחרים הבונים מגוון של סוכני AI כדי לסייע בגילוי גנומי. לשם כך, הוא וצוותו פיתחו את אתר Agent4Genomics, שם הם מארחים מגוון של כלי AI קשורים למדענים להשתמש ולחקור.
חוקרים ב- Google Deepmind, אוניברסיטת פרינסטון ואוניברסיטת קליפורניה, ברקלי תרמו למחקר זה.
מימון למחקר זה הגיע מהמכון הלאומי לבריאות (מענקים 1R35HG011316 ו- 1R01GM1416), פרס מלומד הפקולטה של קרן דונלד ודיליה בקסטר, קרן משפחת וויינץ והקרן הלאומית למדע.
