Proteinler sosyal yaratıklardır. Onlar aynı zamanda bukalemundur. Bir hücrenin ihtiyaçlarına bağlı olarak, yapıları hızla dönüşür ve karmaşık bir dansla diğer biyomoleküllere tutunurlar.

Moleküler akşam yemeği tiyatrosu değil. Aksine, bu ortaklıklar biyolojik süreçlerin kalbidir. Bazıları genleri açar veya kapatır. Diğerleri ise yaşlanan "zombi" hücrelerini kendi kendini yok etmeye ya da beyin ağlarını yeniden şekillendirerek biliş ve hafızamızı en iyi durumda tutmaya teşvik ediyor.

Bu bağlantılar halihazırda çok çeşitli terapilere ilham kaynağı olmuştur ve yeni tedaviler, biyomolekülleri modelleyip tasarlayabilen yapay zeka tarafından hızlandırılabilir. Ancak önceki yapay zeka araçları, protein olmayan ortaklarını bir kenara bırakarak yalnızca proteinlere ve bunların etkileşimlerine odaklanıyordu.

Bu hafta, Bir çalışma in Bilim AI'nın, oksijen taşıyıcılarının merkezini oluşturan demir içeren küçük moleküller de dahil olmak üzere, proteinlere fiziksel olarak tutunan çok çeşitli diğer biyomolekülleri modelleme becerisini genişletti.

Washington Üniversitesi'nden Dr. David Baker liderliğindeki yeni yapay zeka, biyomoleküler tasarımın kapsamını genişletiyor. RoseTTAFold All-Atom olarak adlandırılan bu sistem, DNA ve RNA gibi sayısız diğer biyomolekülleri dahil etmek için önceki yalnızca proteinden oluşan bir sistemi temel alıyor. Aynı zamanda belirli protein fonksiyonlarının tamamlayıcısı olan küçük molekülleri (örneğin demir) de ekler.

Yapay zeka, 3 boyutlu yapıları hakkında herhangi bir fikir sahibi olmadan yalnızca bileşenlerin dizisinden ve yapısından öğreniyor ancak karmaşık moleküler makinelerin atomik düzeyde haritasını çıkarabiliyor.

Çalışmada, RoseTTAFold All-Atom, üretken yapay zeka ile eşleştirildiğinde, kalp hastalığı ilaçlarına kolaylıkla tutunabilen proteinler oluşturdu. Algoritma ayrıca, kanın oksijen taşımasına yardımcı olan, demir açısından zengin bir molekül olan hem'i ve bitkilerde ve bakterilerde metabolizmaları için ışığı emen bir kimyasal olan bilin'i düzenleyen proteinler de üretti.

Bu örnekler sadece kavramın kanıtlarıdır. Ekip, RoseTTAFold All-Atom'u bilim insanlarının kullanımına sunuyor, böylece tek başına protein komplekslerinden çok daha karmaşık, birbiriyle etkileşimli birden fazla biyo-bileşen oluşturabilecekler. Buna karşılık, yaratımlar yeni terapilere yol açabilir.

Çalışma yazarı Woody Ahern bir basın açıklamasında "Buradaki amacımız daha karmaşık tedaviler ve diğer faydalı moleküller üretebilecek bir yapay zeka aracı oluşturmaktı" dedi.

On Rüya

2020 yılında, Google DeepMind'ın AlphaFold'u ve Baker Lab'ın RoseTTAFold'u, bilim adamlarını yarım yüzyıldır şaşırtan protein yapısı tahmin problemini çözdü ve protein araştırmalarında yeni bir çağ başlattı. Bu algoritmaların güncellenmiş versiyonları, bilim tarafından bilinen ve bilinmeyen tüm protein yapılarının haritasını çıkardı.

Daha sonra, OpenAI'nin ChatGPT'si ve Google'ın Gemini'sinin arkasındaki teknoloji olan üretken yapay zeka, etkileyici bir etkinlik yelpazesine sahip tasarımcı proteinlerinin yaratıcı çılgınlığını ateşledi. Yeni üretilen bazı proteinler, kalsiyum seviyelerini kontrol altında tutan bir hormonu düzenliyordu. Diğerleri yapay enzimlere veya proteinlere yol açtı. kolayca şeklini değiştirir elektronik devrelerdeki transistörler gibi.

Üretken yapay zeka, protein yapılarından oluşan yeni bir dünyayı halüsinasyona uğratarak, biyolojimizi ve sağlığımızı düzenleyecek bir sentetik protein nesli hayal etme potansiyeline sahip.

Ama bir sorun var. Tasarımcı protein yapay zeka modelleri tünel vizyonuna sahiptir: çok proteinlere odaklandı.

Canlılığın moleküler bileşenleri denilince akla proteinler, DNA ve yağ asitleri gelir. Ancak bir hücrenin içinde bu yapılar genellikle çevredeki bileşenlerle birleşen küçük moleküller tarafından bir arada tutulur ve birlikte işlevsel bir biyo-birleşim oluşturulur.

Bir örnek, demir içeren halka benzeri bir molekül olan hem'dir. Heme, vücutta oksijeni taşıyan ve çeşitli kimyasal bağlar kullanarak çevredeki protein "kancalarına" tutunan, kırmızı kan hücrelerindeki hemoglobinin temelidir.

Bir dizi moleküler “harf” olarak modellenebilen proteinler veya DNA'nın aksine, küçük molekülleri ve bunların etkileşimlerini yakalamak zordur. Ancak biyolojinin karmaşık moleküler makineleri için kritik öneme sahiptirler ve işlevlerini önemli ölçüde değiştirebilirler.

Bu nedenle yeni çalışmalarında araştırmacılar yapay zekanın kapsamını proteinlerin ötesine genişletmeyi hedeflediler.

Yazarlar makalelerinde, proteinler, DNA ve diğer modifikasyonlar dahil olmak üzere biyolojik bir molekül için "Tüm atomlar için 3 boyutlu koordinatlar üretebilen bir yapı tahmin yöntemi geliştirmeye başladık" diye yazdı.

etiket Takımı

Ekip, önceki protein modelleme yapay zekasını diğer molekülleri de dahil edecek şekilde değiştirerek işe başladı.

Yapay zeka üç düzeyde çalışır: İlki, bir proteinin sayfadaki kelimeler gibi tek boyutlu "harf" dizisini analiz eder. Daha sonra 2 boyutlu bir harita, her bir protein “kelimesi”nin diğerinden ne kadar uzakta olduğunu takip ediyor. Son olarak, GPS'e benzeyen 3 boyutlu koordinatlar proteinin genel yapısını haritalandırıyor.

Daha sonra yükseltme gelir. Ekip, küçük molekül bilgilerini modele dahil etmek için ilk iki katmana atomik bölgeler ve kimyasal bağlantılar hakkındaki verileri ekledi.

Üçüncüsünde ise kiraliteye, yani bir kimyasalın yapısının sol veya sağ yönlü olmasına odaklandılar. Kimyasallar da tıpkı ellerimiz gibi aynalı yapılara sahip olabilir. çok farklı biyolojik sonuçlar. Eldiven takmak gibi, bir kimyasalın yalnızca doğru "kullanılabilirliği" belirli bir biyo-montaj "eldivenine" uyabilir.

RoseTTAFold All-Atom daha sonra proteinleri, küçük molekülleri ve bunların etkileşimlerini tanımlayan yüz binlerce veri noktası içeren birden fazla veri seti üzerinde eğitildi. Sonunda, makul protein düzenekleri oluşturmak için yararlı olan küçük moleküllerin genel özelliklerini öğrendi. Ekip, bir akıl sağlığı kontrolü olarak, yüksek kaliteli tahminleri (istikrarlı ve işlevsel biyo-montajlara yol açan tahminleri) belirlemek için bir "güven göstergesi" de ekledi.

Ekip, önceki yalnızca protein içeren yapay zeka modellerinden farklı olarak RoseTTAFold All-Atom'un "tüm biyomoleküler sistemleri modelleyebileceğini" yazdı.

Bir dizi testte yükseltilmiş model, proteinler ve protein olmayan moleküller arasındaki etkileşimleri hızla tahmin ederek küçük molekülleri belirli bir proteine ​​(ilaç keşfinin önemli bir bileşeni) "bağlamayı" öğrenirken önceki yöntemlerden daha iyi performans gösterdi.

Cesur Yeni Dünya

Küçük moleküllerin dahil edilmesi, özel protein tasarımında yepyeni bir düzeyin kapısını açar.

Konseptin bir kanıtı olarak ekip, RoseTTAFold All-Atom'u sahip oldukları üretken bir yapay zeka modeliyle birleştirdi. önceden geliştirilmiş ve üç farklı küçük molekül için protein ortakları tasarladı.

Bunlardan ilki, kalp hastalıklarını tedavi etmek için kullanılan ancak yan etkileri olabilen digoksigenindi. Onu yakalayan bir protein toksisiteyi azaltır. Molekül hakkında önceden bilgi sahibi olmasa bile yapay zeka, kültürlenmiş hücrelerde test edildiğinde digoksigenin seviyelerini düzenleyen çeşitli protein bağlayıcılar tasarladı.

Yapay zeka ayrıca, kırmızı kan hücrelerinde oksijen transferi için kritik olan küçük bir molekül olan hem'e ve çeşitli canlıların ışığı emmesine yardımcı olan bilin'e bağlanan proteinler de tasarladı.

Ekip, önceki yöntemlerin aksine, yapay zekanın herhangi bir uzman bilgisi gerektirmeden küçük molekülleri yakalayan "yeni proteinleri kolayca üretebildiğini" açıkladı.

Ayrıca proteinler ve küçük moleküller arasındaki atomik seviyedeki bağlantıların gücü hakkında son derece doğru tahminler yapabilir ve karmaşık biyomoleküler yapılardan oluşan yepyeni bir evrenin rasyonel olarak inşa edilmesini mümkün kılar.

Baker, "Dünyanın her yerindeki bilim adamlarına benzeri görülmemiş bir hassasiyetle biyomoleküller üretme yetkisi vererek, tıbbın, malzeme biliminin ve ötesinin geleceğini şekillendirecek çığır açan keşiflere ve pratik uygulamalara kapıyı açıyoruz" dedi.

İmaj Kredisi: Ian C. Haydon

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://singularityhub.com/2024/03/08/this-ai-can-design-biomolecular-machines-with-atomic-precision/