Un modelo de IA crea nucleasas funcionales similares a CRISPR que superan los diseños de la naturaleza

Las proteínas diseñadas mediante inteligencia artificial (IA) pueden ahora ampliar el abanico de herramientas CRISPR más allá de lo que ha producido la evolución. En un nuevo estudio, los investigadores informan del diseño de nucleasas sintéticas guiadas por ARN que igualan o superan la actividad de las enzimas naturales, revelando cómo el diseño guiado por la estructura puede generar proteínas funcionales para la edición del genoma con secuencias sustancialmente diferentes. Las tecnologías CRISPR-Cas han transformado la ingeniería genética al permitir a los científicos actuar con precisión sobre el ADN y el ARN y modificarlos. Los investigadores están explorando ahora si los métodos de diseño de proteínas pueden crear nuevas nucleasas guiadas por ARN con propiedades novedosas que vayan más allá de las que se encuentran en la naturaleza. Sin embargo, esto sigue siendo un reto, ya que las proteínas multidominio son complejas y los pequeños cambios pueden alterar fácilmente la actividad enzimática. Aunque los modelos de IA han demostrado su eficacia en el diseño de nuevas nucleasas, a menudo producen versiones que se asemejan mucho a las secuencias de referencia utilizadas para entrenar los propios modelos. En este trabajo, Petr Skopintsev y sus colegas presentan una estrategia de diseño de proteínas que combina el modelo ESM Inverse Folding (ESM-IF1) con restricciones de residuos basadas en la evolución para generar nuevas variantes de TnpB, una nucleasa mínima similar a CRISPR-Cas12, denominadas SynTnpBs. A continuación, Skopintsev y sus colegas evaluaron la actividad de estas proteínas diseñadas mediante IA en células bacterianas, vegetales y humanas, y utilizaron microscopía crioelectrónica (crio-EM) para determinar la estructura de las variantes más divergentes. Los autores descubrieron que muchas nucleasas diseñadas mediante IA conservaban o superaban la actividad de la enzima natural en múltiples tipos de células. La criomicroscopía electrónica reveló que las proteínas modificadas genéticamente formaban nuevas interacciones estabilizadoras en la interfaz ARN-ADN en diferentes conformaciones, lo que proporcionó las primeras estructuras determinadas experimentalmente de nucleasas guiadas por ARN diseñadas mediante IA.  En conjunto, estos hallazgos demuestran cómo la estrategia de diseño puede producir enzimas activas y no naturales para la edición del genoma.