Τεράστιο επιστημονικό άλμα η αποκάλυψη της δομής 200 εκατ. πρωτεϊνών

Η τεχνητή νοημοσύνη έχει αποκρυπτογραφήσει τη δομή σχεδόν κάθε πρωτεΐνης που είναι γνωστή στην επιστήμη, ανοίγοντας το δρόμο για την ανάπτυξη νέων φαρμάκων ή τεχνολογιών, με στόχο την αντιμετώπιση παγκόσμιων προκλήσεων όπως ο λιμός ή η ρύπανση.

Οι πρωτεΐνες είναι τα δομικά στοιχεία της ζωής. Αποτελούνται από αλυσίδες αμινοξέων, συνδεδεμένες σε πολύπλοκα σχήματα και η τρισδιάστατη δομή τους καθορίζει σε μεγάλο βαθμό τη λειτουργία τους. Μόλις μάθουμε πώς αναδιπλώνεται μια πρωτεΐνη, μπορούμε να αρχίσουμε να καταλαβαίνουμε πώς λειτουργεί και πώς μπορούμε να αλλάξουμε τη συμπεριφορά της. Αν και το DNA παρέχει τις οδηγίες για τη δημιουργία της αλυσίδας των αμινοξέων, η πρόβλεψη του πώς αλληλεπιδρούν για να σχηματίσουν ένα τρισδιάστατο σχήμα ήταν πιο δύσκολη και, μέχρι πρόσφατα, οι επιστήμονες είχαν αποκρυπτογραφήσει μόνο ένα κλάσμα των 200 εκατομμυρίων πρωτεϊνών που ήταν γνωστές στην επιστήμη.

Τον Νοέμβριο του 2020, η ομάδα AI DeepMind ανακοίνωσε ότι είχε αναπτύξει ένα πρόγραμμα που ονομάζεται AlphaFold, το οποίο θα μπορούσε να προβλέψει γρήγορα αυτές τις πληροφορίες, χρησιμοποιώντας έναν αλγόριθμο. Από τότε, διεισδύει στους γενετικούς κώδικες κάθε οργανισμού στον οποίο έχει γίνει η αλληλουχία του γονιδιώματός του και προβλέπει τις δομές των εκατοντάδων εκατομμυρίων πρωτεϊνών που περιέχουν συλλογικά.

Πέρυσι, η DeepMind δημοσίευσε τις πρωτεϊνικές δομές για 20 είδη – συμπεριλαμβανομένων σχεδόν και των 20.000 πρωτεϊνών που υπάρχουν στον άνθρωπο – σε μια ανοιχτή βάση δεδομένων. Τώρα ολοκλήρωσε την εργασία της και κυκλοφόρησε προβλεπόμενες δομές για περισσότερες από 200 εκατομμύρια πρωτεΐνες.

«Ουσιαστικά, μπορείτε να το σκεφτείτε ότι καλύπτει ολόκληρο το πρωτεϊνικό σύμπαν. Περιλαμβάνει δομές πρόβλεψης για φυτά, βακτήρια, ζώα και πολλούς άλλους οργανισμούς, ανοίγοντας τεράστιες νέες ευκαιρίες στο πρόγραμμα AlphaFold, ώστε να έχει αντίκτυπο σε σημαντικά ζητήματα, όπως η βιωσιμότητα, η επισιτιστική ανασφάλεια και οι παραμελημένες ασθένειες», δήλωσε ο Ντέμις Χασάμπις, ιδρυτής της DeepMind και γενικός διευθυντής.

Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν ήδη ορισμένες από τις προηγούμενες προβλέψεις του προγράμματος για να βοηθήσουν στην ανάπτυξη νέων φαρμάκων. Τον Μάιο, ερευνητές με επικεφαλής τον καθηγητή Μάθιου Χίγκινς στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης ανακοίνωσαν ότι χρησιμοποίησαν τα μοντέλα του AlphaFold για να βοηθήσουν στον προσδιορισμό της δομής μιας βασικής πρωτεΐνης παρασίτου της ελονοσίας και να βρουν πού είναι πιθανό να δεσμευτούν τα αντισώματα που θα μπορούσαν να εμποδίσουν τη μετάδοση του παρασίτου.

«Προηγουμένως, χρησιμοποιούσαμε μια τεχνική που ονομάζεται κρυσταλλογραφία πρωτεΐνης για να προσδιορίσουμε πώς μοιάζει αυτό το μόριο, αλλά επειδή είναι αρκετά δυναμικό και κινείται, απλά δεν μπορούσαμε να το αντιμετωπίσουμε», είπε ο Χίγκινς. «Όταν πήραμε τα μοντέλα AlphaFold και τα συνδυάσαμε με αυτά τα πειραματικά στοιχεία, ξαφνικά όλα είχαν νόημα. Αυτή η γνώση θα χρησιμοποιηθεί τώρα για το σχεδιασμό βελτιωμένων εμβολίων που προκαλούν τα πιο ισχυρά αντισώματα που εμποδίζουν τη μετάδοση».

Τα μοντέλα του AlphaFold χρησιμοποιούνται επίσης από επιστήμονες στο Κέντρο Ενζυμικής Καινοτομίας του Πανεπιστημίου του Πόρτσμουθ, για να εντοπίσουν ένζυμα από τον φυσικό κόσμο που θα μπορούσαν να τροποποιηθούν για την πέψη και την ανακύκλωση πλαστικών. «Μας πήρε πολύ χρόνο για να περάσουμε από αυτήν την τεράστια βάση δεδομένων δομών, αλλά άνοιξε όλη αυτή η σειρά από νέα τρισδιάστατα σχήματα που δεν είχαμε δει ποτέ πριν, τα οποία θα μπορούσαν να διασπάσουν τα πλαστικά», δήλωσε ο καθηγητής Τζον ΜακΓκίχαν, ο οποίος ηγείται της έρευνας. «Υπάρχει μια πλήρης αλλαγή παραδείγματος. Μπορούμε πραγματικά να επιταχύνουμε εκεί που πάμε από εδώ – και αυτό μας βοηθά να κατευθύνουμε αυτούς τους πολύτιμους πόρους στα πράγματα που έχουν σημασία».

Η καθηγήτρια Ντέιμ Τζάνετ Θόρντον, επικεφαλής της ομάδας και ανώτερος επιστήμονας στο Ευρωπαϊκό Ινστιτούτο Βιοπληροφορικής του Ευρωπαϊκού Εργαστηρίου Μοριακής Βιολογίας, δήλωσε: «Οι προβλέψεις της δομής της πρωτεΐνης AlphaFold χρησιμοποιούνται ήδη με μυριάδες τρόπους. Αναμένω ότι αυτή η τελευταία ενημέρωση θα πυροδοτήσει μια χιονοστιβάδα νέων και συναρπαστικών ανακαλύψεων τους επόμενους μήνες και χρόνια, και όλα αυτά χάρη στο γεγονός ότι τα δεδομένα είναι διαθέσιμα, ανοιχτά για χρήση από όλους».

πηγή

Προσθέστε το σχόλιό σας

Η ηλεκτρονική σας διεύθυνση δεν θα δημοσιευτεί. Τα πεδία με αστερίσκο είναι υποχρεωτικά *