Дослідницька команда застосувала програмне забезпечення на базі штучного інтелекту AlphaFold для моделювання та покращення білків, які використовуються у системі редагування генів CRISPR, з метою підвищення їхньої безпеки.

Спочатку вчені намагалися змоделювати взаємодію комплексу CRISPR із різними білками, використовуючи AlphaFold, який був оновлений для роботи з білками та нуклеїновими кислотами, а також комплексами з кількох білків. Вони подавали в систему послідовність цільової ДНК, направляючу РНК, послідовність Cas9 і фермент, що хімічно модифікує основи та може приєднуватися до Cas9. Однак програма некоректно розміщувала один із білків.

Не зупиняючись на цьому, команда спростила модель, подавши лише ДНК, РНК і білок Cas9, оскільки саме Cas9 визначає специфічність послідовності. Це дало кращі результати, які відповідали експериментальним структурам, отриманим із реальних нуклеїнових кислот і білків.

Порівнюючи структури, які AlphaFold створював для цільових і позацільових ділянок, дослідники виявили закономірність: близько двох третин позацільових сайтів змінювали структуру Cas9, а понад 95% впливали на контакт амінокислот з РНК. Це свідчить, що Cas9 може зберігати загальну структуру, але амінокислоти в ньому змінюють положення, пристосовуючись до помилкових пар баз.

AlphaFold вже був налаштований для визначення "ймовірності контакту" — шансу, що дві молекули, наприклад амінокислоти або нуклеотиди, перебувають на відстані до восьми ангстремів. Використовуючи цей аналіз, команда створила систему "ContactSeek", яка порівнює контакти в Cas9 на цільових і позацільових сайтах, визначаючи амінокислоти, що змінюють взаємодію при невідповідності між направляючою РНК і ДНК.

Однак ContactSeek генерував великий перелік амінокислот, що змінюють положення при зв’язуванні з позацільовими сайтами. Тому дослідники зосередилися на областях Cas9, де ці амінокислоти скупчувалися, вважаючи це ознакою адаптації до помилкових пар. Потім вони почали тестувати варіанти Cas9 із заміненими амінокислотами в цих ділянках, щоб покращити специфічність білка.

Інформація надана за даними дослідницької групи, яка використовувала AlphaFold для моделювання та аналізу білкових структур.