تولید پروتئین های اصلی توسط هوش مصنوعی

به گزارش واحد ژنتیک پایگاه اطلاع رسانی علوم آزمایشگاهی ایران، دانشمندان یک سیستم هوش مصنوعی ایجاد کرده اند که قادر است آنزیم های مصنوعی را از ابتدا تولید کند. در آزمایش های آزمایشگاهی، برخی از این آنزیم ها به خوبی آنزیم هایی که در طبیعت یافت می شوند، کار می کنند، حتی زمانی که توالی های اسید آمینه ای که به طور مصنوعی تولید شده اند به طور قابل توجهی از هر پروتئین طبیعی شناخته شده ای متفاوت است.

دانشمندان معتقدند که فناوری جدید می تواند از تکامل هدایت شده، فناوری طراحی پروتئین برنده جایزه نوبل، قدرتمندتر شود و با سرعت بخشیدن به توسعه پروتئین های جدید که تقریباً برای هر چیزی قابل استفاده است، از درمان تا پلاستیک تخریب کننده، به حوزه 50 ساله مهندسی پروتئین انرژی دهد. دکتر جیمز فریزر، استاد مهندسی زیستی و علوم درمانی در دانشکده داروسازی UCSF و نویسنده این اثر که در 26 ژانویه منتشر شد، معتقد است طرح های مصنوعی، در بیوتکنولوژی طبیعت، بسیار بهتر از طرح هایی که از فرآیند تکامل الهام گرفته اند، عمل می کنند.

برای ایجاد این مدل، دانشمندان به سادگی توالی اسید آمینه 280 میلیون پروتئین مختلف از انواع مختلف را وارد مدل ماشینی کردند و به آن اجازه دادند تا اطلاعات را برای چند هفته هضم کند. سپس، آنها مدل را با 56000 توالی از پنج خانواده لیزوزیم، همراه با برخی اطلاعات زمینه ای در مورد این پروتئین ها تنظیم کردند. این مدل به سرعت یک میلیون توالی تولید کرد و تیم تحقیقاتی 100 دنباله را برای آزمایش انتخاب کردند، بر اساس اینکه چقدر به دنباله های پروتئین های طبیعی شباهت دارند. از این اولین دسته از 100 پروتئین که در شرایط آزمایشگاهی توسط Tierra Biosciences غربالگری شدند، این تیم پنج پروتئین مصنوعی برای آزمایش در سلول ها ساختند و فعالیت آنها را با آنزیمی که در سفیده تخم مرغ یافت می شود، به نام لیزوزیم سفیده تخم مرغ مقایسه کردند. تنها یک جهش در یک پروتئین طبیعی می تواند باعث توقف کار آن شود، اما در دور متفاوتی از غربالگری، این تیم دریافتند که آنزیم های تولید شده توسط هوش مصنوعی حتی زمانی که کمتر از 31.4 درصد از توالی آن ها شبیه هر پروتئین طبیعی شناخته شده باشد، فعالیت نشان می دهند.

با پروتئین ها، انتخاب های طراحی تقریباً نامحدود است. لیزوزیم ها به اندازه پروتئین ها کوچک هستند و تا حدود 300 اسید آمینه دارند. اما با 20 اسید آمینه ممکن، تعداد بسیار زیادی (20300) ترکیب ممکن وجود دارد. این بزرگ تر از این است که تمام انسان هایی را که در طول زمان زندگی می کردند، ضرب در تعداد دانه های شن روی زمین، ضرب در تعداد اتم های کیهان کنیم.

با توجه به امکانات بی حد و حصر، قابل توجه است که این مدل می تواند به راحتی آنزیم های فعال تولید کند. محققین این طرح معتقدند قابلیت تولید پروتئین های کاربردی نشان می دهد که ما وارد عصر جدیدی از طراحی پروتئین می شویم و این یک ابزار همه کاره جدید در دسترس مهندسان پروتئین است و مشتاقانه منتظر دیدن کاربردهای درمانی آن هستیم.