Hungary

A vírus ellen is bevetik a fehérjéket megfejtő mesterséges intelligenciát

Cimlapkep AVirusEllenIsBevetikAFeherjeket 1280x768

A Google MI-laborja fél évszázados problémán lendítette át a biológia tudományát.

A fehérje az élet alapja és aminosavakból áll. A 22 fehérjét alkotó aminosav legókockákként különböző sorrendben állnak össze és alkotnak bonyolult gombolyagokat, amelyek különleges tulajdonságokkal rendelkeznek, például enzimként kémiai műveleteket végeznek, lebontanak vagy fotoszintetizálnak, és mindent működtetnek a vírusoktól az idegrendszerig.

Az élet egyik titka tehát a fehérjék emberi szemnek gubancos, de amúgy nagyon is célszerű struktúrájában rejlik. Ezek megfejtése azonban, a fehérjehajtogatás-probléma volt az a mágikus elem, ami a biológia tudományán kifogott az elmúlt fél évszázadban.

A szabad modellezési verseny két célfehérjéje – az ismert (zöld) és számított (kék) szerkezet egymáson
A szabad modellezési verseny két célfehérjéje – az ismert (zöld) és számított (kék) szerkezet egymáson

Fotó: DeepMind

Észbontás

Ezt a problémát oldja meg forradalmi módon a DeepMind, amely 2014 óta a Google mesterséges intelligencia cégeként ismert. Legújabb, AlphaFold nevű fejlesztésük fő működése a fehérjék struktúrájának felfedezése.

Cyrus Levinthal 1969-es számításai szerint egy több száz aminosavból álló fehérje szerkezetének tíz a háromszázadikon (10^300) konfigurációja lehetséges, az összeset kiszámolni több időbe telne, mint amilyen idős az univerzum.

A problémát modern eszközökkel, nukleáris mágneses rezonanciával, röntgenkrisztallográfiával, folyékony nitrogénben lehűtve kriogén elektronmikroszkóppal sikerült megoldani, de ezek így is hosszadalmas és – nevük furcsaságából kikövetkeztethetően – drága eljárások.

Mindenkinél közelebb jut

John Moult és Krzysztof Fidelis professzorok 1994-ben indították el a CASP nevű kísérletet. A CASP név a fehérjestruktúrák előrejelzésének kritikus értékelését takarja, lényegében arról szól, hogy a szakterület művelői kétévente összehasonlítják fehérjestruktúra-elemző módszereiket.

A CASP-teszt eredménye globális távolság, vagy GDT. Ennek alapja egy fizikailag is megismert fehérjestruktúra, amelyet összevetnek az elméleti modell eredményével. A GDT-skála nullától százig tart, a száz a teljes egyezést jelenti, vagyis azt, hogy a modell által jósolt struktúra megegyezik a valóságban is található szerkezettel. Moult professzor szerint 90 GDT tekinthető elfogadható és versenyképes eredménynek.

Az AlphaFold 2 ezen a teszten nagyon jól szerepelt. Míg a korábbi években 40 GDT-s eredmények születtek, a mesterséges intelligencia átlagosan 92,4 GDT-t hajtogatott és a legnehezebb feladványokon is kiemelkedő, 87 GDT-s eredményt ért el.

Ez a számítástechnikai eredmény hatalmas előrelépést jelent a fehérjehajtogatás-problémában, ami 50 éve a legnagyobb kihívás a biológiában. Évtizedekkel megelőzte a korábbi jóslatokat. Izgalmas lesz látni, milyen alapvető változásokat okoz majd a biológiai kutatásban

– mutatott rá Venki Ramakrishnan professzor, a Royal Society Nobel-díjas elnöke. 

A közösség is fejleszti

Az MI korai változata a 2018-as megmérettetésen vett részt először, és már akkor is lelépett minden korábbi indulót. A működését bemutató Nature-ben megjelent cikket követően a kutatói közösségben elkezdődött az AlphaFold nyílt forráskódú változatainak fejlesztése is.

Az AlphaFold megdöbbentően pontos modelljei lehetővé tették, hogy megismerjük egy olyan fehérje szerkezetét, amivel egy évtizede elakadtunk. Most újraindíthatjuk a kutatásunkat, ami a sejtmembránokon történő jelátvitelt próbálja megérteni.

– magyarázta Andrej Lupas professzor, a Max Planck Fejlődésbiológiai Intézet igazgatója.

Ez csak az egyik példa arra, hogy a mesterséges intelligenciák megjelenése milyen tudományos áttörésekhez vezethet.

Az AlphaGo-csapat az év eleje óta a SARS-CoV-2-vírus eddig ismeretlen fehérjestruktúráinak felderítésével igyekezik segíteni a járvány elleni globális küzdelmet.

Football news:

Chelsea will announce Tuchel's appointment today. He will lead the team in the game against Wolves tomorrow
Tottenham's Cup rival is coached by a rock star. Invited Mourinho to play the tambourine in his group, loves The Doors and prefers Jagger Messi
Puyol presented Barca's form for the match against Real Madrid. It combines the colors of the club and the flag of Catalonia
Barca has the highest revenue in the 2019/20 season - 715.1 million euros. Real Madrid, Bayern Munich, Manchester United and Liverpool are in the top 5 (Deloitte)
Van de Beek has no intention of leaving Manchester United. Solskjaer believes in the midfielder and will give him a chance
Lampard couldn't say goodbye to the Chelsea players. The Czech briefly informed them of his resignation before training
Every time Messi doesn't play, Barcelona wins. Ex-Argentina goalkeeper Gatti about Leo