科技日報記者 張夢然
《細胞》雜志8日發(fā)表了一項新研究：西班牙基因組調控中心團隊利用生成式人工智能（AI），設計出一種合成DNA序列，可作為“基因開關”，控制哺乳動物特定細胞中的基因表達。這一進展堪稱合成生物學領域的一個里程碑。
這項技術可根據(jù)特定需求，從零開始“創(chuàng)作”自然界中不存在的DNA片段。團隊訓練AI模型預測合適的DNA字母組合（A、T、C、G），以實現(xiàn)特定細胞類型中的基因表達模式。例如，可以讓干細胞開啟某個基因，從而發(fā)育成紅細胞而不是血小板。隨后，研究人員將這些約250個字母長度的DNA片段合成出來，并通過病毒載體導入細胞中。
為驗證其有效性，團隊讓AI設計激活熒光蛋白基因的DNA序列，并將其插入小鼠血細胞基因組的隨機位置。結果顯示，基因表達完全符合預期，證明AI設計的合成增強子功能正常。
在生物醫(yī)學領域，許多疾病源于特定細胞中基因表達異常，而傳統(tǒng)方法只能依賴自然界已有的DNA調控元件，如增強子進行干預。但增強子種類有限，難以滿足復雜的治療需求。
借助AI，科學家可以創(chuàng)造出“基因開關”。這些人工增強子能被精確設計成只在特定細胞中起作用的“開/關”模式，從而大幅減少對健康細胞的副作用。這種精準調控對于開發(fā)新一代基因療法至關重要。
不過，要訓練這樣的AI模型并不容易，與增強子相關的高質量數(shù)據(jù)一直匱乏。為此，團隊在過去5年中開展了超過64000次實驗，構建了迄今為止最大的血細胞合成增強子數(shù)據(jù)庫。他們測試了38種不同轉錄因子的結合位點排列和強度，并追蹤每種增強子在血細胞發(fā)育7個階段中的活性變化。
研究還發(fā)現(xiàn)了一些有趣的現(xiàn)象：雖然大多數(shù)增強子像“音量旋鈕”一樣調節(jié)基因活性，但也有一些組合表現(xiàn)出“負協(xié)同效應”——即原本單獨促進基因表達的兩個因子，共同出現(xiàn)時反而抑制了基因活動。這種非線性關系為理解基因調控提供了新視角。
這一成果為未來個性化醫(yī)療和精準基因治療打開了新的大門。
