Алгоритм Sequence Selector помогает проектировать ДНК‑роботов без ошибок
Международная группа исследователей из Ньюкаслского университета создала программный инструмент Sequence Selector для проектирования наноструктур и биороботов из молекул ДНК. Как сообщает «Хайтек» со ссылкой на исследование в Nature Communications, алгоритм автоматизирует разработку ДНК‑роботов и позволяет довести её до практически абсолютной точности. Такие конструкции используют для адресной доставки лекарств к раковым опухолям, а также при создании сверхчувствительных биосенсоров.
В основе технологии ДНК-оригами лежит способность нитей ДНК программируемо соединяться друг с другом. Берут длинную вирусную ДНК-матрицу и добавляют к ней сотни коротких синтетических нитей-«скрепок». Они направляют длинную цепь и заставляют её складываться в заданную трёхмерную форму, от наноконтейнеров до сложных микроскопических механизмов. Раньше этот процесс часто давал сбои: из-за случайных химических взаимодействий «скрепки» прикреплялись не туда, куда нужно, и до 70% созданных биороботов получались дефектными.
Sequence Selector устраняет проблему ещё на стадии проектирования. Алгоритм, использующий методы машинного обучения, анализирует терабайты данных о термодинамике нуклеиновых кислот. Затем он рассчитывает кинетику связывания каждой отдельной «скрепки» и отбрасывает последовательности, которые могут вызвать ложное срабатывание или неправильное сворачивание. По результатам тестирования инструмент позволяет получить стабильные ДНК-конструкции с первой попытки в 98% случаев. При этом время разработки нового биоробота сокращается с нескольких месяцев до нескольких часов.
Ключевые факты
Международная группа исследователей из Ньюкаслского университета разработала программный инструмент Sequence Selector для проектирования ДНК‑наноструктур и биороботов; работа опубликована в Nature Communications.
Ранее из‑за случайных химических взаимодействий до 70% созданных ДНК‑биороботов оказывались дефектными, что делало технологию дорогой для массового медицинского применения.
Алгоритм Sequence Selector на основе методов машинного обучения анализирует терабайты данных о термодинамике нуклеиновых кислот и рассчитывает кинетику связывания отдельных ДНК‑«скрепок».
Тестирование показало, что инструмент позволяет создавать стабильные ДНК‑конструкции с первой попытки в 98% случаев и сокращает разработку нового биоробота с нескольких месяцев до нескольких часов.