یکی از بزرگترین اسرار زیست شناسی ، “به طور گسترده ای توسط AI” حل شده است


به گفته کارشناسان ، یکی از بزرگترین اسرار زیست شناسی با کمک هوش مصنوعی حل شده است.

پیش بینی چگونگی جمع شدن پروتئین به شکل منحصر به فرد سه بعدی ، دانشمندان را برای نیم قرن متحیر کرده است.

سازمان دهندگان چالش علمی می گویند آزمایشگاه هوش مصنوعی DeepMind مستقر در لندن تا حد زیادی این مشکل را حل کرده است.

آنها می گویند ، برنامه آنها شکل پروتئین ها را با سطحی از دقت قابل مقایسه با روش های آزمایشگاهی گران و وقت گیر تعیین می کند.

انتظار می رود این کشف تحقیقات در مورد تعدادی بیماری ، از جمله Covid-19 را تسریع کند.

دکتر آندری کریستافوویچ ، از دانشگاه کالیفرنیا (UC) ، دیویس ، آمریکا ، یکی از هیئت داوران علمی ، این موفقیت را “واقعاً چشمگیر” توصیف کرد.

وی گفت: “توانایی مطالعه سریع و دقیق شکل پروتئین ها می تواند انقلابی در علوم زندگی ایجاد کند.”

دمیس حسابیس از DeepMind در The Life Scientific (BBC Radio 4)

پروتئین ها چیست؟

پروتئین ها در همه موجودات زنده وجود دارند ، جایی که آنها نقش اصلی را در فرآیندهای شیمیایی مهم برای زندگی دارند.

آنها از رشته هایی از اسیدهای آمینه تشکیل شده اند ، و به طرزی بی نهایت به شکل های پیچیده ای در می آیند که کلید نحوه انجام عملکردهای حیاتی خود را دارند.

سنتز پروتئین

بسیاری از بیماری ها با نقش پروتئین ها در کاتالیز واکنش های شیمیایی (آنزیم ها) ، کنترل بیماری (آنتی بادی) یا نقش پیام رسان های شیمیایی (هورمون هایی مانند انسولین) در ارتباط هستند.

دکتر جان مولت از دانشگاه مریلند ، آمریکا ، رئیس کمیسیون قضات علمی.

“ده ها هزار پروتئین انسانی و میلیاردها گونه دیگر از جمله باکتری و ویروس وجود دارد ، اما ایجاد شکل فقط یک مورد نیاز به تجهیزات گران قیمت دارد و سالها به طول می انجامد.”

چالش چگونه کار می کند؟

در سال 1972 ، کریستین آنفینسن برای کار خود جایزه نوبل دریافت کرد ، نشان داد که تعیین شکل پروتئین ها بر اساس توالی عناصر سازنده اسید آمینه آنها امکان پذیر است.

هر دو سال ، ده ها تیم از بیش از 20 کشور کورکورانه سعی می کنند با استفاده از رایانه شکل مجموعه ای از حدود 100 پروتئین را از توالی اسیدهای آمینه خود پیش بینی کنند.

در همان زمان ، ساختارهای سه بعدی توسط زیست شناسان با استفاده از تکنیک های سنتی مانند کریستالوگرافی اشعه ایکس و طیف سنجی NMR در آزمایشگاه ایجاد می شود که محل هر اتم را نسبت به یکدیگر در مولکول پروتئین تعیین می کند.

سپس تیمی از دانشمندان کاسپ (آزمایش جامعه ای در ارزیابی انتقادی روش های پیش بینی ساختار پروتئین) سپس این پیش بینی ها را با ساختارهای 3-D حل شده با استفاده از روش های تجربی مقایسه کردند.

Casp برای برآورد صحت از 0 تا 100 از معیاری استفاده می کند که به عنوان آزمون فاصله جهانی شناخته می شود. نمره حدود 90 که برنامه AlphaFold DeepMind به دست آورد ، قابل مقایسه با تکنیک های آزمایشگاهی است.

امسال چه اتفاقی افتاد؟

در دور آخر چالش ، Casp-14 ، AlphaFold شکل تقریباً دو سوم پروتئین ها را با دقت قابل مقایسه با آزمایش های آزمایشگاهی تعیین کرد.

ارزیابی کنندگان گفتند که دقت اکثر پروتئین های دیگر نیز زیاد است ، اگرچه کاملاً در این سطح نیست.

AlphaFold مبتنی بر مفهومی به نام یادگیری عمیق است. در این فرآیند ، ساختار پروتئین تا شده به صورت نمودار فضایی ارائه می شود.

سپس این برنامه با استفاده از اطلاعات مربوط به اشکال سه بعدی پروتئین های شناخته شده ذخیره شده در پایگاه داده عمومی پروتئین ، “می آموزد”.

برنامه هوش مصنوعی توانست ظرف چند روز آنچه را که ممکن است سالها روی نیمکت آزمایشگاه طول بکشد ، انجام دهد.

چگونه از این اطلاعات استفاده خواهد شد؟

آگاهی از ساختار سه بعدی پروتئین برای طراحی دارو و درک بیماری های انسان ، از جمله سرطان ، زوال عقل و بیماری های عفونی مهم است.

ویروس کرونا
ویروس عامل Covid-19 دارای پروتئین های متمایز خاردار (قرمز) است

یک مثال Covid-19 است ، جایی که دانشمندان نحوه تعامل پروتئین پروتئین در سطح ویروس Sars-CoV-2 را با گیرنده های سلول های انسانی بررسی می کنند.

پروفسور اندرو مارتین از دانشگاه کالج لندن (UCL) ، یک شرکت کننده و ارزیابی کننده پیشین Casp ، به بی بی سی نیوز گفت: “درک اینکه چگونه یک توالی پروتئین به سه بعد تقسیم می شود ، مسئله اصلی زیست شناسی است.

“کل روش کار پروتئین به ساختار سه بعدی آن بستگی دارد و عملکرد پروتئین برای همه موارد در سلامتی و بیماری مهم است.

“با دانستن ساختارهای سه بعدی پروتئین ها ، می توانیم به طراحی داروها و مداخله در مشکلات سلامتی ، اعم از عفونت یا بیماری های ارثی ، کمک کنیم.

پروفسور جانت تورنتون از انستیتوی بیوانفورماتیک اروپا EMBL گفت که چگونه پروتئین ها برای ایجاد “ساختارهای سه بعدی فوق العاده منحصر به فرد” جمع می شوند ، یکی از بزرگترین اسرار زیست شناسی است.

وی توضیح داد: “درک بهتر ساختارهای پروتئینی و توانایی پیش بینی آنها با کمک رایانه به معنای درک بهتر زندگی ، تکامل و البته سلامت انسان و بیماری است.”

بعد چه اتفاقی می افتد؟

دانشمندان دیگر می خواهند داده ها را بررسی کنند تا مشخص شوند که روش AI چقدر دقیق است و عملکرد آن در سطح بسیار دقیق بسیار خوب است.

در دانش هنوز یک شکاف وجود دارد ، از جمله درک اینکه پروتئین ها چگونه با هم ترکیب می شوند و پروتئین ها با مولکول های دیگر مانند DNA و RNA ارتباط برقرار می کنند.

“اکنون که مسئله برای پروتئینهای منفرد تا حد زیادی حل شده است ، راه توسعه روشهای جدید برای تعیین شکل کمپلکسهای پروتئینی باز است – مجموعه پروتئین هایی که با هم کار می کنند و قسمت بزرگی از ماشینهای زندگی را تشکیل می دهند و برنامه های دیگر ، “گفت دکتر کریستافوویچ.

هلن را دنبال کنید توییتر.




منبع: moshtagh-khabar.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*