الذكاء الاصطناعي للبروتينات الجديدة الثورية

الذكاء الاصطناعي للبروتينات الجديدة الثورية
الذكاء الاصطناعي للبروتينات الجديدة الثورية - تساعد أدوات الذكاء الاصطناعي العلماء في العثور على البروتينات التي لا تشبه أي شيء آخر في الطبيعة حقوق الصورة: Ian C Haydon / UW Protein Design Institute

في يونيو ، وافقت السلطات الكورية الجنوبية على إنتاج أول دواء ، لقاح COVID-19 ، باستخدام بروتين جديد من صنع الإنسان. يعتمد اللقاح على بروتين كروي الشكل "جسيمات نانوية" طوره العلماء منذ أكثر من عقد من خلال عملية تجربة وخطأ تتطلب عمالة مكثفة.

الآن ، كشف فريق بقيادة ديفيد بيكر ، عالم الكيمياء الحيوية بجامعة واشنطن (UW) في سياتل ، في مجلة Science أنه يمكنهم بناء مثل هذه الجزيئات في ثوانٍ بدلاً من أشهر ، بسبب التقدم الهائل في الذكاء الاصطناعي (AI).

تعد مثل هذه المبادرات جزءًا من تحول علمي أكبر حيث يتبنى علماء الحياة تقنيات الذكاء الاصطناعي مثل برنامج التنبؤ ببنية البروتين الخاص بـ DeepMind AlphaFold. كشف التكرار الأخير لـ AlphaFold أنه يتنبأ بهياكل كل بروتين معروف للعلم ، حسبما أعلن DeepMind في يوليو. وفي الأشهر الأخيرة ، ازداد بشكل كبير عدد أدوات الذكاء الاصطناعي التي يمكنها تخيل بروتينات جديدة تمامًا بسرعة. بعض هذه الأدوات مبنية على AlphaFold. كان هذا في السابق مسعى شاقًا مع معدل فشل مرتفع.

وفقًا لعالمة الأحياء الحاسوبية نويليا فيروز من جامعة جيرونا في إسبانيا ، "منذ AlphaFold ، كانت هناك ثورة في طريقة عملنا مع تصميم البروتين". نحن نعيش في أوقات مثيرة للغاية.

ركز الكثير من الجهود على تطوير طرق لإنتاج بروتينات جديدة تختلف عن أي بروتينات موجودة في الطبيعة ، مع القليل من الاهتمام بإمكانيات هذه الجزيئات. لكن العلماء يريدون تطوير بروتينات يمكنها أداء مهام مفيدة ، من تنظيف النفايات السامة إلى علاج الأمراض ، وهناك عدد متزايد من الشركات تفعل ذلك بالضبط. DeepMind في لندن و Meta (سابقًا Facebook) في مينلو بارك ، كاليفورنيا من بين أولئك الذين يسعون لتحقيق هذا الهدف.

التقنيات فعالة للغاية بالفعل. يتوقع بيكر أنهم سوف يزدادون قوة. ما هي القضايا التي سوف تتعامل معها هو السؤال.

كان مختبر بيكر ينتج بروتينات جديدة على مدار العقود الثلاثة الماضية. يتم تقسيم الإجراء بواسطة برنامج يسمى Rosetta ، والذي بدأ مختبره في بنائه في التسعينيات. تخيل الباحثون أولاً بنية لبروتين فريد ، غالبًا عن طريق تجميع أجزاء بروتين أخرى معًا ، ثم حدد البرنامج تسلسل الأحماض الأمينية التي تناسب هذا الشكل.

ولكن عندما تم إنشاؤها في المختبر ، نادرًا ما يتم طي هذه البروتينات "المسودة الأولى" بالشكل المطلوب وبدلاً من ذلك تم حصرها بطرق مختلفة. لذلك ، فإن تعديل تسلسل البروتين بحيث يطوي ببساطة في البنية المرغوبة يتطلب خطوة أخرى.

وفقًا لسيرجي أوفشينيكوف ، عالم الأحياء التطوري في جامعة هارفارد في كامبريدج ، ماساتشوستس ، والذي عمل ذات مرة في مجموعة بيكر ، كانت هذه الخطوة باهظة الثمن من الناحية الحسابية ، وتتطلب محاكاة جميع الطرق الممكنة التي قد تطوي بعض التسلسلات. تحتاج حقًا إلى تشغيل 10.000 جهاز كمبيوتر لأسابيع متتالية لإكمال هذا.

يدعي Ovchinnikov أن هذه المرحلة التي تستغرق وقتًا طويلاً قد تم تسريعها من خلال استبدال AlphaFold وبرامج الذكاء الاصطناعي الأخرى. الهلوسة هي طريقة ابتكرها فريق بيكر ، حيث يتم تغذية تسلسلات الأحماض الأمينية العشوائية في شبكة التنبؤ بالبنية ويتم تعديل الهيكل ليصبح شبيهًا بالبروتين بشكل متزايد ، كما تحدده تنبؤات الشبكة. في دراسة أجريت عام 2021 ، أبلغت مجموعة بيكر عن دليل على أن خُمس البروتينات الصغيرة "الهلوسة" التي أنتجوها في المختبر تشبه الشكل المتوقع.

تم تدريب AlphaFold و RoseTTAFold ، وهي تقنية ذات صلة تم إنشاؤها بواسطة مختبر بيكر ، للتنبؤ ببنية سلاسل بروتين معينة. ومع ذلك ، لم يمض وقت طويل قبل أن يدرك الباحثون أن هذه الشبكات يمكن أن تمثل أيضًا مجموعة من البروتينات المتفاعلة المتعددة. في ضوء ذلك ، كان بيكر وفريقه واثقين من قدرتهم على تخيل بروتينات تتجمع ذاتيًا في جسيمات نانوية بأحجام وأشكال مختلفة. ستتكون من عدة نسخ من بروتين واحد وتكون قابلة للمقارنة مع تلك التي يعتمد عليها لقاح COVID-19.

المصدر: الطبيعة

Günceleme: 16/09/2022 18:25

إعلانات مماثلة

كن أول من يعلق

Yorumunuz