系统的表示和优化使得细菌中跨物种调节序列的反向设计成为可能
Pengcheng Zhang1, Qixiu Du1, Ye Wang1,2
1Ministry of Education Key Laboratory of Bioinformatics; Center for Synthetic and Systems Biology; Bio-informatics Division, Beijing National Research Center for Information Science and Technology; Department of Automation, Tsinghua University, Beijing, 100084, China.
我们开发了DeepCROSS,这是一种AI框架,用于设计跨物种功能性的新型细菌调节序列. 这个工具通过学习序列约束和优化新设计来改进基因表达控制来设计遗传元素.
科学领域:
- 合成生物学 合成生物学
- 计算生物学 计算生物学
- 基因组学就是基因组学.
背景情况:
- 调节序列控制基因表达,但它们的跨物种功能的理解很差.
- 深度生成模型显示出对工程遗传元素的前景.
- 设计具有可预测功能的新型监管序列仍然是一个挑战.
研究的目的:
- 引入DeepCROSS,这是一个生成AI框架,用于设计细菌中的跨物种和物种偏好的5'调节序列.
- 为了实现具有特定基因表达功能的新型调节序列的反向设计.
主要方法:
- 从180万个细菌调节序列构建了一个元表示,以定义一般约束.
- 利用人工智能引导的大规模并行记者测试在大肠杆菌和P. aeruginosa中来探索序列空间.
- 执行多任务优化以生成新的监管序列.
主要成果:
- 产生 de novo 调节序列,其性能与自然序列相比或优于自然序列.
- 在设计功能性监管要素方面取得了很高的成功率.
- 优化序列与自然基因组序列的相似性很低.
结论:
- DeepCROSS有效地导航细菌调节元件的序列功能格局.
- 该框架允许合理设计跨物种和物种偏好的5'调节序列.
- 这种人工智能方法促进了用于合成生物学应用的新型遗传元素的工程.
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