Οι ερευνητές συνέταξαν μια βάση δεδομένων με 200 εκατομμύρια πρωτεϊνικές δομές. Το πέτυχαν με τη βοήθεια του προγράμματος AlphaFold,
Παράδοξες πρωτεΐνες
Οι πρωτεΐνες είναι τα δομικά στοιχεία της ζωής.Παράγονται από διάφορους οργανισμούς, από βακτήρια μέχρι φυτά και ζώα, και όταν παράγονται, διπλώνουν μαζί σε χιλιοστά του δευτερολέπτου. Σχηματισμένα από αλυσίδες αμινοξέων διπλωμένων σε πολύπλοκα σχήματα, η τρισδιάστατη δομή τους καθορίζει σε μεγάλο βαθμό τη λειτουργία τους. Μόλις καταλάβετε πώς διπλώνει μια πρωτεΐνη, μπορείτε να καταλάβετε πώς λειτουργεί και να αλλάξετε τη συμπεριφορά της.
Αν και το DNA παρέχει οδηγίες για τη δημιουργίααλυσίδες αμινοξέων, η πρόβλεψη του πώς αλληλεπιδρούν για να σχηματίσουν ένα τρισδιάστατο σχήμα ήταν πολύ δύσκολο. Μέχρι πρόσφατα, οι επιστήμονες είχαν αποκρυπτογραφήσει μόνο ένα κλάσμα των 200 εκατομμυρίων πρωτεϊνών που ήταν γνωστές στην επιστήμη. Το πρόβλημα είναι ότι η δομή τους είναι τόσο περίπλοκη που είναι σχεδόν αδύνατη η προσπάθεια να μαντέψουμε ποια μορφή θα πάρουν.
Το AlphaFold της DeepMind έχει δημιουργήσει τρισδιάστατες εικόνες δομών πρωτεΐνης. Η εικόνα είναι ευγενική προσφορά του DeepMind
Cyrus Levinthal, αμερικανική μοριακήβιολόγος, έγραψε σε μια εργασία του 1969 σχετικά με το παράδοξο: παρά τον τεράστιο αριθμό πιθανών διαμορφώσεων, οι πρωτεΐνες αναδιπλώνονται γρήγορα και με ακρίβεια. Επιπλέον, κάθε πρωτεΐνη μπορεί να πάρει από 10^300 πιθανές τελικές μορφές.
Έτσι, έγραψε ο Levinthal, εάν κάποιος προσπαθούσε να βρει τη σωστή μορφή μιας πρωτεΐνης δοκιμάζοντας κάθε διαμόρφωση τη μία μετά την άλλη, θα χρειαζόταν περισσότερος χρόνος από ό,τι υπήρχε το σύμπαν.
Προσπάθειες επιστημόνων
Οι επιστήμονες έχουν τρόπους να οπτικοποιήσουν τις πρωτεΐνεςκαι αναλύστε τη δομή τους, αλλά αυτή είναι πολύ αργή και δύσκολη δουλειά. Σύμφωνα με το περιοδικό Nature, η κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ χρησιμοποιείται συχνότερα για την απεικόνιση πρωτεϊνών. Σε αυτή τη μέθοδο, οι ακτίνες Χ στοχεύουν σε στερεούς κρυστάλλους πρωτεΐνης και μετρούν τον τρόπο διάθλασής τους. Ο στόχος είναι να προσδιοριστεί πώς είναι δομημένη η πρωτεΐνη. Σύμφωνα με το DeepMind, αυτή η πειραματική εργασία έχει καθορίσει το σχήμα περίπου 190.000 πρωτεϊνών.
Νέα μέθοδος
Τον Νοέμβριο του 2020, η ομάδα DeepMind συμμετείχετεχνητή νοημοσύνη, ανακοίνωσε την ανάπτυξη ενός προγράμματος που ονομάζεται AlphaFold που μπορεί να προβλέψει γρήγορα αυτές τις πληροφορίες χρησιμοποιώντας έναν αλγόριθμο. Από τότε, μελετά τους γενετικούς κώδικες κάθε οργανισμού του οποίου το γονιδίωμα έχει προσδιοριστεί η αλληλουχία και προβλέπει τις δομές των εκατοντάδων εκατομμυρίων πρωτεϊνών που περιέχουν μαζί.
Το AlphaFold λειτουργεί συσσωρεύοντας γνώσησχετικά με τις αλληλουχίες και τις αλληλεπιδράσεις αμινοξέων, προσπαθώντας να ερμηνεύσουν τις πρωτεϊνικές δομές. Ως αποτέλεσμα, ο αλγόριθμος έμαθε να προβλέπει τα σχήματα των πρωτεϊνών σε λίγα λεπτά με ακρίβεια μέχρι το ατομικό επίπεδο.
Πέρυσι κυκλοφόρησε το DeepMindΗ ανοιχτή βάση δεδομένων πρωτεϊνικών δομών περιέχει 20 είδη, συμπεριλαμβανομένων σχεδόν και των 20.000 πρωτεϊνών που εκφράζονται από τον άνθρωπο.
Πώς εφαρμόζεται η τεχνολογία;
Οι ερευνητές χρησιμοποιούν ήδη τους καρπούς της εργασίας τουςAlphaFold. Σύμφωνα με τον The Guardian, το πρόγραμμα επέτρεψε στους επιστήμονες να χαρακτηρίσουν οριστικά μια βασική πρωτεΐνη στο παράσιτο της ελονοσίας που δεν ήταν επιδεκτική κρυσταλλογραφίας ακτίνων Χ. Αυτό θα βελτιώσει τελικά το εμβόλιο κατά της νόσου.
τρισδιάστατη εικόνα πρωτεΐνης ελονοσίας. Η εικόνα είναι ευγενική προσφορά του Deepmind
Ο ερευνητής των μελισσών Wilde Leipartαπό το Νορβηγικό Πανεπιστήμιο Επιστημών Ζωής χρησιμοποίησε το AlphaFold για να αποκαλύψει τη δομή της βιτελογενίνης. Είναι μια αναπαραγωγική και ανοσοποιητική πρωτεΐνη που παράγεται από όλα τα ζώα που γεννούν αυγά. Η ανακάλυψη θα βοηθήσει στην ανάπτυξη νέων τρόπων προστασίας, για παράδειγμα, των μελισσών και των ψαριών από ασθένειες. Αυτό είναι σημαντικό γιατί αυτά τα ζώα είναι σημαντικά για τη διατροφή της ανθρωπότητας.
Το πρόγραμμα ενημερώνει επίσης για την αναζήτηση νέωνpharmaceuticals, δήλωσε η Rosana Kapeller, CEO της ROME Therapeutics, σε δήλωση της DeepMind. «Η ταχύτητα και η ακρίβεια του AlphaFold επιταχύνουν τη διαδικασία ανάπτυξης φαρμάκων. Μόλις αρχίζουμε να κατανοούμε τον αντίκτυπό του στην ανάπτυξη των φαρμακευτικών προϊόντων», κατέληξε.
Επίσης τα μοντέλα AlphaFold χρησιμοποιούνται επίσης από επιστήμονεςαπό το Κέντρο Ενζυμικής Καινοτομίας του Πανεπιστημίου του Πόρτσμουθ για τον εντοπισμό ενζύμων από τον φυσικό κόσμο που μπορούν να προσαρμοστούν για την επεξεργασία πλαστικών.
Διαβάστε περισσότερα:
Σύντομα μια ηλιακή καταιγίδα θα χτυπήσει τη Γη: το υλικό πετά με ταχύτητα 800 km / s
Οι επιστήμονες κινηματογράφησαν ένα παράξενο πλάσμα με πλοκάμια, το οποίο παρεξήγησαν με λουλούδι
Η Ρωσία εγκαταλείπει τον ISS: τι θα συμβεί τώρα και γιατί απειλείται η συντήρηση του σταθμού