Forskerne har udarbejdet en database med 200 millioner proteinstrukturer. De opnåede dette ved hjælp af AlphaFold-programmet,
Paradoks proteiner
Proteiner er livets byggesten.De produceres af en række forskellige organismer, fra bakterier til planter og dyr, og når de produceres, foldes de sammen på millisekunder. Dannet af kæder af aminosyrer, der er foldet til komplekse former, bestemmer deres tredimensionelle struktur i høj grad deres funktion. Når du har fundet ud af, hvordan et protein folder, kan du forstå, hvordan det virker og ændre dets adfærd.
Selvom DNA giver instruktioner til at skabekæder af aminosyrer, har det været meget svært at forudsige, hvordan de interagerer for at danne en tredimensionel form. Indtil for nylig havde videnskabsmænd kun dechifreret en brøkdel af de 200 millioner proteiner, som videnskaben kendte. Problemet er, at deres struktur er så kompleks, at det næsten er umuligt at forsøge at gætte, hvilken form de vil antage.
AlphaFold af DeepMind har skabt 3D-billeder af proteinstrukturer. Billede udlånt af DeepMind
Cyrus Levinthal, amerikansk molekylærbiolog, skrev i et papir fra 1969 om paradokset: på trods af det enorme antal mulige konfigurationer foldes proteiner hurtigt og præcist. Desuden kan hvert protein tage fra 10^300 mulige endelige former.
Således skrev Levinthal, hvis man forsøgte at finde den korrekte form af et protein ved at prøve hver konfiguration efter den anden, ville det tage længere tid, end universet eksisterede.
videnskabsmænds forsøg
Forskere har måder at visualisere proteiner påog analysere deres struktur, men det er for langsomt og svært arbejde. Ifølge tidsskriftet Nature bruges røntgenkrystallografi oftest til at afbilde proteiner. I denne metode er røntgenstråler rettet mod faste proteinkrystaller og målt, hvordan de brydes. Målet er at bestemme, hvordan proteinet er opbygget. Ifølge DeepMind har dette eksperimentelle arbejde bestemt formen på omkring 190.000 proteiner.
Ny metode
I november 2020 engagerede DeepMind-gruppen sig ikunstig intelligens, annoncerede udviklingen af et program kaldet AlphaFold, der hurtigt kan forudsige denne information ved hjælp af en algoritme. Siden da har han studeret de genetiske koder for hver organisme, hvis genom er blevet sekventeret, og forudsige strukturerne af de hundreder af millioner af proteiner, de tilsammen indeholder.
AlphaFold virker ved at akkumulere videnom aminosyresekvenser og interaktioner, forsøger at fortolke proteinstrukturer. Som et resultat lærte algoritmen at forudsige proteiners former i løbet af få minutter med nøjagtighed ned til atomniveau.
Sidste år udgav DeepMindDen åbne proteinstrukturdatabase indeholder 20 arter, herunder næsten alle 20.000 proteiner udtrykt af mennesker. Han har nu afsluttet arbejdet og frigivet forudsagte strukturer for mere end 200 millioner proteiner.
Hvordan anvendes teknologien?
Forskere bruger allerede frugterne af deres arbejdeAlphaFold. Ifølge The Guardian tillod programmet videnskabsmænd definitivt at karakterisere et nøgleprotein i malariaparasitten, som ikke havde været modtagelig for røntgenkrystallografi. Dette vil i sidste ende forbedre vaccinen mod sygdommen.
3D-billede af malariaprotein. Billede udlånt af Deepmind
Honningbiforsker Wilde Leipartfra Norges Biovidenskabelige Universitet brugte AlphaFold til at afsløre strukturen af vitellogenin. Det er et reproduktivt og immunprotein, der produceres af alle æglæggende dyr. Opdagelsen skal være med til at udvikle nye måder at beskytte for eksempel honningbier og fisk mod sygdomme. Dette er vigtigt, fordi disse dyr er vigtige for at fodre menneskeheden.
Programmet informerer også om søgningen efter nytlægemidler, sagde Rosana Kapeller, administrerende direktør for ROME Therapeutics, i en DeepMind-erklæring. “AlphaFolds hastighed og præcision accelererer lægemiddeludviklingsprocessen. Vi er lige begyndt at forstå dets indvirkning på udviklingen af lægemidler,” konkluderede hun.
Også AlphaFold-modeller bruges også af forskerefra University of Portsmouths Center for Enzyme Innovation for at identificere enzymer fra den naturlige verden, der kan skræddersyes til at behandle plast.
Læs mere:
Snart vil en solstorm ramme Jorden: materialet flyver med en hastighed på 800 km/s
Forskere filmede et mærkeligt væsen med fangarme, som de forvekslede med en blomst
Rusland forlader ISS: Hvad vil der ske nu, og hvorfor vedligeholdelsen af stationen er truet