Science：人工智能模型创造出超越自然设计的功能性CRISPR样核酸酶

人工智能（AI）设计的蛋白质如今能够将CRISPR工具箱扩展到进化之外。在一项新研究中，研究人员报告了合成RNA引导核酸酶的设计，其活性与天然酶相当甚至更高，揭示了结构引导设计如何生成序列截然不同的功能性基因组编辑蛋白。CRISPR-Cas技术通过使科学家能够精确靶向和修饰DNA和RNA，彻底改变了基因工程。研究人员目前正在探索蛋白质设计方法是否能够创造出具有超越自然界现有特性的新型RNA引导核酸酶。然而，这仍然充满挑战，因为多结构域蛋白质结构复杂，微小的变化就可能轻易破坏酶的活性。尽管人工智能模型在设计新型核酸酶方面已取得成功，但它们生成的版本通常与用于训练模型本身的参考序列非常相似。在此，Petr Skopintsev及其同事提出了一种蛋白质设计策略，该策略将ESM反向折叠（ESM-IF1）模型与进化信息残基约束相结合，生成了TnpB（一种最小的CRISPR-Cas12样核酸酶）的新变体，称为SynTnpBs。Skopintsev等人随后筛选了这些人工智能设计的蛋白质在细菌、植物和人类细胞中的活性，并利用冷冻电镜（cryo-EM）解析了差异最大的变体的结构。作者发现，许多人工智能设计的核酸酶在多种细胞类型中保持或超过了天然酶的活性。冷冻电镜显示，这些工程化蛋白质在不同的构象中于RNA-DNA界面形成了新的稳定相互作用，从而首次通过实验确定了人工智能设计的RNA引导核酸酶的结构。总之，这些发现表明，该设计策略能够产生具有活性的非天然基因组编辑酶。

　　

在一项新研究中，研究人员报告了合成RNA引导核酸酶的设计，其活性与天然酶相当甚至更高，揭示了结构引导设计如何生成序列截然不同的功能性基因组编辑蛋白。

CRISPR-Cas技术通过使科学家能够精确靶向和修饰DNA和RNA，彻底改变了基因工程。研究人员目前正在探索蛋白质设计方法是否能够创造出具有超越自然界现有特性的新型RNA引导核酸酶。然而，这仍然充满挑战，因为多结构域蛋白质结构复杂，微小的变化就可能轻易破坏酶的活性。

尽管人工智能模型在设计新型核酸酶方面已取得成功，但它们生成的版本通常与用于训练模型本身的参考序列非常相似。

在此，Petr Skopintsev及其同事提出了一种蛋白质设计策略，该策略将ESM反向折叠（ESM-IF1）模型与进化信息残基约束相结合，生成了TnpB（一种最小的CRISPR-Cas12样核酸酶）的新变体，称为SynTnpBs。

Skopintsev 等人 随后筛选了这些人工智能设计的蛋白质在细菌、植物和人类细胞中的活性，并利用冷冻电镜（cryo-EM）解析了差异最大的变体的结构。作者发现，许多人工智能设计的核酸酶在多种细胞类型中保持或超过了天然酶的活性。冷冻电镜显示，这些工程化蛋白质在不同的构象中于RNA-DNA界面形成了新的稳定相互作用，从而首次通过实验确定了人工智能设计的RNA引导核酸酶的结构。

总之，这些发现表明，该设计策略能够产生具有活性的非天然基因组编辑酶。