قبل عقدين من الزمن، كانت هندسة البروتينات بمثابة حلم.
الآن، وبفضل الذكاء الاصطناعي، أصبحت البروتينات المخصصة عبارة عن عشرة سنتات. البروتينات المصنوعة حسب الطلب غالبًا ما يكون لها أشكال أو مكونات محددة تمنحها قدرات جديدة على الطبيعة. من الأدوية طويلة الأمد واللقاحات القائمة على البروتين إلى الوقود الحيوي الأكثر خضرة أكل البلاستيك البروتينات، فإن هذا المجال يتحول بسرعة إلى تكنولوجيا تحويلية.
يعتمد تصميم البروتين المخصص على تقنيات التعلم العميق. ومع النماذج اللغوية الكبيرة - الذكاء الاصطناعي وراء ChatGPT الرائج في OpenAI - الذي يحلم بملايين الهياكل التي تفوق الخيال البشري، فإن مكتبة البروتينات المصممة النشطة بيولوجيًا من المقرر أن تتوسع بسرعة.
"إنها عملية تمكينية هائلة"، هذا ما قاله الدكتور نيل كينغ من جامعة واشنطن مؤخراً قال الطبيعة. "الأشياء التي كانت مستحيلة قبل عام ونصف، الآن يمكنك القيام بها فقط."
ولكن مع القوة العظيمة تأتي مسؤولية كبيرة. ومع اكتساب البروتينات المصممة حديثا المزيد من الجاذبية لاستخدامها في الطب والهندسة الحيوية، يتساءل العلماء الآن: ماذا يحدث إذا تم استخدام هذه التقنيات لأغراض شريرة؟
مقال حديث في علوم يسلط الضوء على الحاجة إلى الأمن الحيوي للبروتينات المصممة. على غرار المحادثات الجارية حول سلامة الذكاء الاصطناعي، يقول المؤلفون إن الوقت قد حان للنظر في مخاطر وسياسات الأمن البيولوجي حتى لا تصبح البروتينات المخصصة مارقة.
المقالة مكتوبة من قبل اثنين من الخبراء في هذا المجال. واحد، الدكتور ديفيد بيكر، مدير معهد تصميم البروتين في جامعة واشنطن، قاد تطوير RoseTTAFold، وهي خوارزمية تمكنت من حل مشكلة نصف عقد من الزمن المتمثلة في فك تشفير بنية البروتين من تسلسل الأحماض الأمينية وحدها. أما الآخر، وهو الدكتور جورج تشيرش في كلية الطب بجامعة هارفارد، فهو رائد في الهندسة الوراثية والبيولوجيا التركيبية.
يقترحون أن البروتينات الاصطناعية تحتاج إلى رموز شريطية مدمجة في التسلسل الجيني لكل بروتين جديد. إذا أصبح أي من البروتينات المصممة يمثل تهديدًا - على سبيل المثال، من المحتمل أن يؤدي إلى تفشي خطير - فإن الرمز الشريطي الخاص به سيجعل من السهل تتبع مصدره.
يوفر النظام بشكل أساسي "مسار التدقيق" الثنائي اكتب.
عوالم تتصادم
ترتبط البروتينات المصممة ارتباطًا وثيقًا بالذكاء الاصطناعي. وكذلك سياسات الأمن البيولوجي المحتملة.
منذ أكثر من عقد من الزمن، استخدم مختبر بيكر برنامجًا لتصميم وبناء بروتين يُطلق عليه اسم Top7. تتكون البروتينات من كتل بناء تسمى الأحماض الأمينية، وكل منها مشفر داخل الحمض النووي لدينا. مثل الخرز على الخيط، يتم بعد ذلك تدوير الأحماض الأمينية وتجعدها في أشكال محددة ثلاثية الأبعاد، والتي غالبًا ما تتشابك بشكل أكبر في بنيات متطورة تدعم وظيفة البروتين.
لم يتمكن Top7 من "التحدث" مع مكونات الخلايا الطبيعية، ولم يكن له أي تأثيرات بيولوجية. ولكن حتى ذلك الحين، الفريق وخلص أن تصميم بروتينات جديدة يجعل من الممكن استكشاف "المناطق الكبيرة من عالم البروتين التي لم يتم ملاحظتها بعد في الطبيعة".
أدخل الذكاء الاصطناعي. انطلقت مؤخرًا استراتيجيات متعددة لتصميم بروتينات جديدة بسرعات تفوق سرعة الصوت مقارنةً بالعمل المعملي التقليدي.
أحدهما هو الذكاء الاصطناعي القائم على البنية المشابه لأدوات توليد الصور مثل DALL-E. يتم تدريب أنظمة الذكاء الاصطناعي هذه على البيانات الصاخبة وتتعلم كيفية إزالة الضوضاء للعثور على هياكل بروتينية واقعية. وتسمى نماذج الانتشار، وهي تتعلم تدريجيًا هياكل البروتين المتوافقة مع علم الأحياء.
تعتمد استراتيجية أخرى على نماذج لغوية كبيرة. مثل ChatGPT، تجد الخوارزميات بسرعة الروابط بين "الكلمات" البروتينية وتقطّر هذه الروابط إلى نوع من القواعد البيولوجية. من المرجح أن تتحول خيوط البروتين التي تولدها هذه النماذج إلى هياكل يمكن للجسم فك شفرتها. مثال واحد هو ProtGPT2، والذي يمكن مهندس بروتينات نشطة ذات أشكال يمكن أن تؤدي إلى خصائص جديدة.
الرقمية إلى المادية
إن برامج تصميم بروتينات الذكاء الاصطناعي هذه تدق أجراس الإنذار. البروتينات هي اللبنات الأساسية للحياة، ويمكن للتغيرات أن تغير بشكل كبير كيفية استجابة الخلايا للأدوية أو الفيروسات أو مسببات الأمراض الأخرى.
في العام الماضي، أعلنت الحكومات في جميع أنحاء العالم عن خطط للإشراف على سلامة الذكاء الاصطناعي. لم يتم وضع التكنولوجيا كتهديد. وبدلاً من ذلك، وضع المشرعون بحذر سياسات تضمن اتباع الأبحاث لقوانين الخصوصية ودعم الاقتصاد والصحة العامة والدفاع الوطني. وفي قيادة هذه المهمة، وافق الاتحاد الأوروبي على قانون AI للحد من التكنولوجيا في مجالات معينة.
لم يتم ذكر البروتينات الاصطناعية بشكل مباشر في اللوائح. هذه أخبار رائعة لصناعة البروتينات المصممة، والتي يمكن أن تتعطل بسبب القيود التنظيمية المفرطة، كما يكتب بيكر وتشرش. ومع ذلك، هناك تشريع جديد للذكاء الاصطناعي قيد الإعداد، ومن المقرر أن تشارك الهيئة الاستشارية التابعة للأمم المتحدة المعنية بالذكاء الاصطناعي المبادئ التوجيهية بشأنه التنظيم الدولي في منتصف هذا العام.
ونظرًا لأن أنظمة الذكاء الاصطناعي المستخدمة في صنع البروتينات المصممة عالية التخصص، فقد تظل تحت الرادارات التنظيمية، إذا اتحد المجال في جهد عالمي للتنظيم الذاتي.
في قمة السلامة للذكاء الاصطناعي 2023، والتي ناقشت تصميم البروتين المدعوم بالذكاء الاصطناعي، اتفق الخبراء على أن توثيق الحمض النووي الأساسي لكل بروتين جديد هو أمر أساسي. مثل نظيراتها الطبيعية، يتم بناء البروتينات المصممة أيضًا من الشفرة الوراثية. إن تسجيل جميع تسلسلات الحمض النووي الاصطناعية في قاعدة بيانات يمكن أن يسهل اكتشاف العلامات الحمراء للتصميمات التي قد تكون ضارة - على سبيل المثال، إذا كان البروتين الجديد يحتوي على بنيات مشابهة للبنيات المسببة للأمراض المعروفة.
الأمن الحيوي لا يسحق تبادل البيانات. يعد التعاون أمرًا بالغ الأهمية للعلوم، لكن المؤلفين يعترفون بأنه لا يزال من الضروري حماية الأسرار التجارية. وكما هو الحال في الذكاء الاصطناعي، قد تكون بعض البروتينات المصممة مفيدة، ولكنها خطيرة جدًا بحيث لا يمكن مشاركتها علنًا.
إحدى الطرق للتغلب على هذه المعضلة هي إضافة تدابير السلامة مباشرة إلى عملية التخليق نفسها. على سبيل المثال، يقترح المؤلفون إضافة رمز شريطي - مصنوع من أحرف DNA عشوائية - إلى كل تسلسل جيني جديد. لبناء البروتين، تقوم آلة التخليق بالبحث في تسلسل الحمض النووي الخاص به، وفقط عندما تجد الكود ستبدأ في بناء البروتين.
وبعبارة أخرى، يمكن للمصممين الأصليين للبروتين اختيار من سيشاركون معه عملية التصنيع، أو ما إذا كانوا سيشاركونها على الإطلاق، بينما يظلون قادرين على وصف نتائجهم في المنشورات.
إن استراتيجية الباركود التي تربط صنع بروتينات جديدة بآلة تخليق من شأنها أيضًا أن تعزز الأمان وتمنع العناصر السيئة، مما يجعل من الصعب إعادة إنشاء منتجات يحتمل أن تكون خطرة.
وكتب الباحثون: "إذا ظهر تهديد بيولوجي جديد في أي مكان في العالم، فيمكن إرجاع تسلسل الحمض النووي المرتبط به إلى أصوله".
سيكون طريقا صعبا. كتب المؤلفون أن سلامة البروتين المصمم ستعتمد على الدعم العالمي من العلماء والمؤسسات البحثية والحكومات. ومع ذلك، كانت هناك نجاحات سابقة. وقد وضعت المجموعات العالمية مبادئ توجيهية للسلامة والمشاركة في مجالات أخرى مثيرة للجدل، مثل أبحاث الخلايا الجذعية، والهندسة الوراثية، وزراعة الدماغ، والذكاء الاصطناعي. على الرغم من عدم اتباعه دائمًا -أطفال كريسبر هم مثال سيئ السمعة- لقد ساعدت هذه المبادئ التوجيهية الدولية في معظمها على دفع أحدث الأبحاث إلى الأمام بطريقة آمنة وعادلة.
بالنسبة لبيكر وتشرتش، فإن المناقشات المفتوحة حول الأمن البيولوجي لن تؤدي إلى إبطاء هذا المجال. وبدلاً من ذلك، يمكنها حشد القطاعات المختلفة وإشراك المناقشات العامة حتى يتمكن تصميم البروتين المخصص من تحقيق مزيد من الازدهار.
الصورة الائتمان: جامعة واشنطن
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
- أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
- أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
- المصدر https://singularityhub.com/2024/01/29/ai-can-design-totally-new-proteins-from-scratch-its-time-to-talk-biosecurity/
