החוקרים ערכו מסד נתונים של 200 מיליון מבני חלבון. הם השיגו זאת בעזרת תוכנית AlphaFold,
חלבוני פרדוקס
חלבונים הם אבני הבניין של החיים.הם מיוצרים על ידי מגוון של אורגניזמים, מחיידקים ועד צמחים ובעלי חיים, וכאשר הם מיוצרים, הם מתקפלים יחד באלפיות שניות. נוצר משרשראות של חומצות אמינו מקופלות לצורות מורכבות, המבנה התלת מימדי שלהן קובע במידה רבה את תפקידן. ברגע שתבינו כיצד חלבון מתקפל, תוכלו להבין כיצד הוא פועל ולשנות את התנהגותו.
למרות שה-DNA מספק הוראות ליצירהשרשראות של חומצות אמינו, לחזות כיצד הן פועלות באינטראקציה ליצירת צורה תלת מימדית היה קשה מאוד. עד לאחרונה, מדענים פענחו רק חלק קטן מ-200 מיליון החלבונים המוכרים למדע. הבעיה היא שהמבנה שלהם כל כך מורכב, שכמעט בלתי אפשרי לנסות לנחש באיזו צורה הם ילבשו.
AlphaFold מאת DeepMind יצרה תמונות תלת ממדיות של מבני חלבון. התמונה באדיבות DeepMind
סיירוס לווינטאל, מולקולרית אמריקאיתביולוג, כתב במאמר משנת 1969 על הפרדוקס: למרות המספר העצום של תצורות אפשריות, חלבונים מתקפלים במהירות ובדייקנות. יתר על כן, כל חלבון יכול לקבל מ-10^300 צורות סופיות אפשריות.
לפיכך, כתב לווינטל, אם מישהו ינסה למצוא את הצורה הנכונה של חלבון על ידי ניסיון של כל תצורה בזו אחר זו, זה ייקח יותר זמן ממה שהיקום קיים.
ניסיונות של מדענים
למדענים יש דרכים לדמיין חלבוניםו נתח את המבנה שלהם, אבל זו עבודה איטית וקשה מדי. על פי כתב העת Nature, קריסטלוגרפיה בקרני רנטגן משמשת לרוב לצילום חלבונים. בשיטה זו, צילומי רנטגן מכוונים אל גבישי חלבון מוצקים ונמדדים כיצד הם נשברים. המטרה היא לקבוע איך החלבון בנוי. לפי DeepMind, עבודה ניסיונית זו קבעה את צורתם של כ-190,000 חלבונים.
Новый метод
בנובמבר 2020, קבוצת DeepMind עסקה בבינה מלאכותית, הכריזה על פיתוח תוכנית בשם AlphaFold שיכולה לחזות את המידע הזה במהירות באמצעות אלגוריתם. מאז, הוא חוקר את הקודים הגנטיים של כל אורגניזם שהגנום שלו עבר רצף ומנבא את המבנים של מאות מיליוני החלבונים שהם מכילים יחד.
AlphaFold פועלת על ידי צבירת ידעעל רצפי חומצות אמינו ואינטראקציות, מנסה לפרש מבני חלבון. כתוצאה מכך, האלגוריתם למד לחזות את צורות החלבונים תוך דקות ספורות עם דיוק עד לרמה האטומית.
בשנה שעברה פרסם DeepMindמסד הנתונים של הפתוח של מבנה החלבונים מכיל 20 מינים, כולל כמעט כל 20,000 החלבונים המבוטאים על ידי בני אדם. עכשיו הוא השלים את העבודה ושחרר מבנים חזויים ליותר מ-200 מיליון חלבונים.
כיצד מיושמת הטכנולוגיה?
החוקרים כבר משתמשים בפרי עמלםAlphaFold. לפי ה-Guardian, התוכנית אפשרה למדענים לאפיין באופן סופי חלבון מפתח בטפיל המלריה שלא היה זמין לקריסטלוגרפיה בקרני רנטגן. זה ישפר בסופו של דבר את החיסון נגד המחלה.
תמונה תלת מימדית של חלבון מלריה. תמונה באדיבות Deepmind
חוקר דבורת הדבש וויילד ליפרטמהאוניברסיטה הנורבגית למדעי החיים השתמשה ב-AlphaFold כדי לחשוף את המבנה של ויטלוגנין. זהו חלבון רבייה וחיסוני המיוצר על ידי כל בעלי החיים המטילים ביצים. התגלית תסייע בפיתוח דרכים חדשות להגן, למשל, על דבורי דבש ודגים מפני מחלות. זה חשוב כי בעלי חיים אלה חשובים להאכלת האנושות.
התוכנית גם מודיעה על החיפוש אחר חדשתרופות, אמרה רוזנה קפלר, מנכ"לית ROME Therapeutics, בהצהרת DeepMind. "המהירות והדיוק של AlphaFold מאיצים את תהליך פיתוח התרופה. אנחנו רק מתחילים להבין את השפעתו על פיתוח תרופות", סיכמה.
גם דגמי AlphaFold משמשים גם מדעניםמהמרכז לחדשנות אנזים של אוניברסיטת פורטסמות' לזיהוי אנזימים מעולם הטבע שניתן להתאים לעיבוד פלסטיק.
קרא עוד:
בקרוב סופת שמש תפגע בכדור הארץ: החומר עף במהירות של 800 קמ"ש
מדענים צילמו יצור מוזר עם מחושים, שלדעתם הם פרח
רוסיה עוזבת את ISS: מה יקרה עכשיו ומדוע תחזוקת התחנה מאוימת