Изследователите са съставили база данни от 200 милиона протеинови структури. Те постигнаха това с помощта на програмата AlphaFold,
Парадоксални протеини
Протеините са градивните елементи на живота.Те се произвеждат от различни организми, от бактерии до растения и животни, и когато се произвеждат, те се сгъват заедно за милисекунди. Образувани от вериги от аминокиселини, нагънати в сложни форми, тяхната триизмерна структура до голяма степен определя тяхната функция. След като разберете как се сгъва протеинът, можете да разберете как работи и да промените поведението му.
Въпреки че ДНК предоставя инструкции за създаваневериги от аминокиселини, прогнозирането как те взаимодействат, за да образуват триизмерна форма, е много трудно. Доскоро учените бяха дешифрирали само част от 200 милиона протеини, известни на науката. Проблемът е, че тяхната структура е толкова сложна, че опитът да се отгатне каква форма ще приемат е почти невъзможен.
AlphaFold от DeepMind създаде 3D изображения на протеинови структури. Изображението е предоставено с любезното съдействие на DeepMind
Сайръс Левинтал, американски молекуляренбиолог, пише в статия от 1969 г. за парадокса: въпреки огромния брой възможни конфигурации, протеините се сгъват бързо и точно. Освен това всеки протеин може да приеме от 10^300 възможни крайни форми.
По този начин, пише Левинтал, ако някой се опита да намери правилната форма на протеин, като изпробва всяка конфигурация една след друга, ще отнеме повече време, отколкото съществува Вселената.
Опитите на учените
Учените имат начини да визуализират протеинии да анализират структурата им, но това е твърде бавна и трудна работа. Според списанието Nature, рентгеновата кристалография най-често се използва за изобразяване на протеини. При този метод рентгеновите лъчи се насочват към твърди протеинови кристали и се измерва как се пречупват. Целта е да се определи как е структуриран протеинът. Според DeepMind тази експериментална работа е определила формата на около 190 000 протеина.
Нов метод
През ноември 2020 г. групата DeepMind се ангажира сизкуствен интелект, обяви разработването на програма, наречена AlphaFold, която може бързо да предвиди тази информация с помощта на алгоритъм. Оттогава той изучава генетичните кодове на всеки организъм, чийто геном е секвениран, и предсказва структурите на стотиците милиони протеини, които заедно съдържат.
AlphaFold работи чрез натрупване на знанияза аминокиселинните последователности и взаимодействия, опитвайки се да интерпретирам протеиновите структури. В резултат на това алгоритъмът се научи да предсказва формите на протеините за няколко минути с точност до атомно ниво.
Миналата година DeepMind публикува Отворената база данни за структурата на протеини съдържа 20 вида, включително почти всичките 20 000 протеина, експресирани от хора. Вече той е завършил работата и е публикувал прогнозирани структури за повече от 200 милиона протеини.
Как се прилага технологията?
Изследователите вече използват плодовете на своя трудAlphaFold. Според The Guardian, програмата е позволила на учените окончателно да характеризират ключов протеин в маларийния паразит, който не е бил податлив на рентгенова кристалография. Това в крайна сметка ще подобри ваксината срещу болестта.
3D изображение на малариен протеин. Изображението е предоставено с любезното съдействие на Deepmind
Уайлд Лейпарт, изследовател на пчелитеот Норвежкия университет по природни науки използва AlphaFold, за да разкрие структурата на вителогенина. Това е репродуктивен и имунен протеин, който се произвежда от всички животни, които снасят яйца. Откритието ще помогне за разработването на нови начини за защита, например на медоносните пчели и рибите от болести. Това е важно, защото тези животни са важни за изхранването на човечеството.
Програмата също така информира за търсенето на новиpharmaceuticals, Розана Капелер, главен изпълнителен директор на ROME Therapeutics, каза в изявление на DeepMind. „Бързината и прецизността на AlphaFold ускоряват процеса на разработване на лекарства. Ние едва започваме да разбираме влиянието му върху развитието на фармацевтичните продукти“, заключи тя.
Моделите AlphaFold също се използват от учениот Центъра за ензимни иновации на Университета в Портсмут за идентифициране на ензими от естествения свят, които могат да бъдат пригодени за обработка на пластмаси.
Прочетете още:
Скоро слънчева буря ще удари Земята: материалът лети със скорост от 800 km / s
Учени заснеха странно създание с пипала, което сбъркаха с цвете
Русия напуска МКС: какво ще се случи сега и защо поддръжката на станцията е под заплаха