Forskare har genom att använda artificiell intelligens (AI) för att efterlikna viruspartiklars komplexa strukturer, utvecklat en banbrytande terapeutisk plattform. Deras forskning, som publicerades i Nature den 18 december, öppnar nya dörrar för genterapi och andra medicinska tillämpningar.
Virus är naturligt designade för att kapsla in genetiskt material i sfäriska proteinhöljen, vilket gör att de kan reproducera sig och infektera värdceller – ofta med sjukdom som följd. Denna unika förmåga har inspirerat forskare att utveckla artificiella proteiner, så kallade ”nanoburar”, som kan leverera terapeutiska gener till specifika celler.
Trots sin potential har viruspartiklarnas nanoburar dock begränsningar: deras lilla storlek gör att de inte kan bära tillräckligt med genetiskt material, och deras enkla design misslyckas med att efterlikna de mångsidiga funktionerna hos naturliga virala proteiner.
ANNONS FÖR LEXLY
För att åtgärda dessa problem har forskarteamet bakom denna nya studie använt sig av AI vilket möjliggjort skapandet av mer komplexa och funktionella strukturer.
Studien publicerades den 18 december i den väl ansedda vetenskapliga tidskriften Nature.
Fakta. Virusets nanobur
”Nanoburar” är ett begrepp som ibland används för att beskriva viruspartiklars yttre strukturer, särskilt de som består av proteiner som organiseras i ett mönster för att kapsla in det genetiska materialet, ofta i form av RNA eller DNA. Dessa strukturer kan påminna om små burar på nanoskala, därav termen ”nanoburar”.
AI återskapar virusens subtila asymmetrier
ANNONS FÖR MATHEM
De flesta virus uppvisar symmetriska strukturer, men de innehåller även subtila asymmetrier som är viktiga för deras funktion. Genom att utnyttja AI lyckades forskarna återskapa dessa detaljer och designa nanoburar i nya geometriska former, såsom tetraedriska, oktaedriska och ikosaedriska former – något som aldrig tidigare gjorts.
De framtagna nanostrukturerna består av fyra olika typer av artificiella proteiner och bildar intrikata arkitekturer med sex distinkta protein-protein-gränssnitt. Den ikosaedriska strukturen, som kan vara upp till 75 nanometer i diameter, har förmågan att hålla tre gånger mer genetiskt material än traditionella genleveransvektorer som adenoassocierade virus (AAV), vilket representerar ett stort framsteg inom genterapi.
ANNONS FÖR WELLOBE
Genom elektronmikroskopi fick forskarna också bekräftat att de AI-designade nanoburarna hade den avsedda symmetriska strukturen. Funktionella experiment visade dessutom att de effektivt kan leverera terapeutiska laster till specifika celler, vilket öppnar upp för nya medicinska tillämpningar och behandlingar.
Framtidens medicin – driven av AI och innovation
– Framsteg inom AI har öppnat dörren till en ny era där vi kan designa och sätta samman artificiella proteiner för att möta mänsklighetens behov, säger professor Sangmin Lee, studiens försteförfattare, i ett pressmeddelande.
– Vi hoppas att denna forskning inte bara påskyndar utvecklingen av genterapier utan också leder till genombrott inom nästa generations vacciner och andra biomedicinska innovationer.
Publikation
Sangmin Lee, Ryan D. Kibler, Green Ahn, Yang Hsia, Andrew J. Borst, Annika Philomin, Madison A. Kennedy, Buwei Huang, Barry Stoddard, David Baker. Four-component protein nanocages designed by programmed symmetry breaking. Nature, 2024; DOI: 10.1038/s41586-024-07814-1
ANNONS FÖR ASTRO SWEDEN
Ta del av mer intressant forskning här.
