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Medicine Plus | AI赋能碱基尺度高通量功能基因组研究——浙江大学附属第一医院胰腺病研究团队综述

2024-5-23 13:29

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近日，浙江大学附属第一医院胰腺病研究团队在Medicine Plus上发表综述文章，系统阐述了基因编辑研究的最新进展，重点关注碱基编辑技术的发展，探讨基于碱基编辑的单核苷酸水平功能基因组研究，并强调人工智能（AI）在功能基因组研究中的重要作用。近年来，基因编辑技术发展迅速，一方面引领生物医药的快速发展。在2023年11月全球首款CRISPR基因编辑产品Casgevy获批上市后，人们期待更精确更安全的CRISPR 2.0基因编辑治疗。过去几年，CRISPR碱基编辑发展迅速，成为了CRISPR 2.0基因编辑治疗的理想策略，并被成功应用于离体治疗急性T淋巴细胞白血病。而在体PCSK9靶向碱基编辑治疗杂合子家族性高胆固醇血症效果显著，被Nature Medicine列为2024年可能改变医学的11项临床治疗之首。

另一方面，基于高效单碱基编辑的高通量筛选被成功开发并应用于功能基因组学研究。目前，基于碱基编辑的高通量筛选已被逐渐应用于模拟单核苷酸变异突变筛选，终止密码突变筛选，功能性翻译后修饰筛选和饱和诱变筛选等场景，促进了单核苷酸分辨率的功能基因组研究。特别是结合深度测序技术易于通过阴性筛选确定细胞中丰度降低或丢失的sgRNA，或通过阳性筛选确定最终存活细胞中富集的sgRNA，从而绘制功能缺失（LOF）或功能增益（GOF）突变的图谱，极大地促进了我们原位碱基尺度的功能基因组学研究。

与此同时，AI技术一方面能够辅助基因编辑的设计和实现，另一方面通过简化过程和优化结果，在基因编辑和碱基编辑的数据分析方面发挥着越来越重要的作用，极大地加速了科学研究的进程。下图（By Figdraw）展示了AI在生物技术和基因组编辑中的几种应用场景。包括预测基因编辑效率，辅助设计sgRNA，预测蛋白结构和挖掘蛋白功能等，展现了AI结合CRISPR编辑的巨大潜力。