Forskerne samlet en database med 200 millioner proteinstrukturer. De oppnådde dette ved hjelp av AlphaFold-programmet,
Paradoksproteiner
Proteiner er byggesteinene i livet.De produseres av en rekke organismer, fra bakterier til planter og dyr, og når de produseres, foldes de sammen på millisekunder. Laget av kjeder av aminosyrer foldet til komplekse former, bestemmer deres tredimensjonale struktur i stor grad funksjonen deres. Når du finner ut hvordan et protein folder seg, kan du forstå hvordan det fungerer og endre oppførselen.
Selv om DNA gir instruksjoner for å lagekjeder av aminosyrer, har det vært veldig vanskelig å forutsi hvordan de samhandler for å danne en tredimensjonal form. Inntil nylig hadde forskere bare dechiffrert en brøkdel av de 200 millioner proteinene vitenskapen kjenner til. Problemet er at strukturen deres er så kompleks at det er nesten umulig å prøve å gjette hvilken form de vil ha.
AlphaFold av DeepMind har laget 3D-bilder av proteinstrukturer. Bilde med tillatelse fra DeepMind
Cyrus Levinthal, amerikansk molekylærbiolog, skrev i en artikkel fra 1969 om paradokset: til tross for det enorme antallet mulige konfigurasjoner, foldes proteiner raskt og presist. Dessuten kan hvert protein ta fra 10^300 mulige endelige former.
Således, skrev Levinthal, hvis man prøvde å finne den riktige formen til et protein ved å prøve hver konfigurasjon etter hverandre, ville det ta lengre tid enn universet eksisterte.
Forsøk fra forskere
Forskere har måter å visualisere proteiner påog analysere strukturen deres, men dette er for tregt og vanskelig arbeid. I følge tidsskriftet Nature brukes røntgenkrystallografi oftest til å avbilde proteiner. I denne metoden er røntgenstråler rettet mot faste proteinkrystaller og målt hvordan de brytes. Målet er å finne ut hvordan proteinet er strukturert. Ifølge DeepMind har dette eksperimentelle arbeidet bestemt formen til rundt 190 000 proteiner.
Ny metode
I november 2020 engasjerte DeepMind-gruppen segkunstig intelligens, annonserte utviklingen av et program kalt AlphaFold som raskt kan forutsi denne informasjonen ved hjelp av en algoritme. Siden den gang har han studert de genetiske kodene til hver organisme hvis genom har blitt sekvensert og forutsi strukturene til de hundrevis av millioner av proteiner de sammen inneholder.
AlphaFold fungerer ved å samle kunnskapom aminosyresekvenser og interaksjoner, prøver å tolke proteinstrukturer. Som et resultat lærte algoritmen å forutsi formene til proteiner i løpet av få minutter med nøyaktighet ned til atomnivå.
I fjor publiserte DeepMindDen åpne proteinstrukturdatabasen inneholder 20 arter, inkludert nesten alle 20 000 proteiner uttrykt av mennesker. Han har nå fullført arbeidet og gitt ut predikerte strukturer for mer enn 200 millioner proteiner.
Hvordan brukes teknologien?
Forskere bruker allerede fruktene av arbeidet sittAlphaFold. Ifølge The Guardian tillot programmet forskerne definitivt å karakterisere et nøkkelprotein i malariaparasitten som ikke hadde vært mottagelig for røntgenkrystallografi. Dette vil til syvende og sist forbedre vaksinen mot sykdommen.
3D-bilde av malariaprotein. Bilde med tillatelse fra Deepmind
Honningbiforsker Wilde Leipartfra Norges miljø- og biovitenskapelige universitet brukte AlphaFold for å avsløre strukturen til vitellogenin. Det er et reproduktivt og immunprotein som produseres av alle eggleggende dyr. Oppdagelsen skal bidra til å utvikle nye måter å beskytte for eksempel honningbier og fisk mot sykdommer. Dette er viktig, fordi disse dyrene er viktige for å mate menneskeheten.
Programmet informerer også om søket etter nyttpharmaceuticals, sa Rosana Kapeller, administrerende direktør i ROME Therapeutics, i en DeepMind-erklæring. “AlphaFolds hastighet og presisjon akselererer legemiddelutviklingsprosessen. Vi har akkurat begynt å forstå dens innvirkning på utviklingen av legemidler,» konkluderte hun.
Også AlphaFold-modeller brukes også av forskerefra University of Portsmouths Center for Enzyme Innovation for å identifisere enzymer fra den naturlige verden som kan skreddersys for å behandle plast.
Les mer:
Snart vil en solstorm treffe jorden: materialet flyr med en hastighet på 800 km/s
Forskere filmet en merkelig skapning med tentakler, som de trodde var en blomst
Russland forlater ISS: hva vil skje nå og hvorfor vedlikeholdet av stasjonen er truet