DeepMind onthult structuur van 200 miljoen eiwitten in wetenschappelijke sprong voorwaarts | DeepMind

Kunstmatige intelligentie heeft de structuur van vrijwel elk eiwit dat de wetenschap kent ontcijferd, waardoor de weg is vrijgemaakt voor de ontwikkeling van nieuwe medicijnen of technologieën om wereldwijde uitdagingen zoals hongersnood of vervuiling aan te pakken.

Eiwitten zijn de bouwstenen van het leven. Gevormd uit ketens van aminozuren, opgevouwen tot complexe vormen, bepaalt hun 3D-structuur grotendeels hun functie. Als je eenmaal weet hoe een eiwit zich opvouwt, kun je beginnen te begrijpen hoe het werkt en hoe je het gedrag ervan kunt veranderen. Hoewel DNA de instructies geeft voor het maken van de keten van aminozuren, was het lastiger om te voorspellen hoe ze op elkaar inwerken om een ​​3D-vorm te vormen en tot voor kort hadden wetenschappers slechts een fractie van de ongeveer 200 miljoen eiwitten die de wetenschap kent ontcijferd.

In november 2020 kondigde de AI-groep DeepMind aan dat het een programma genaamd AlphaFold had ontwikkeld dat deze informatie snel kon voorspellen met behulp van een algoritme. Sindsdien heeft het de genetische codes doorzocht van elk organisme waarvan de genoomsequentie is bepaald en de structuren voorspeld van de honderden miljoenen eiwitten die ze samen bevatten.

Vorig jaar publiceerde DeepMind de eiwitstructuren van 20 soorten – waaronder bijna alle 20.000 eiwitten die door mensen tot expressie worden gebracht – in een open database. Nu heeft het de klus geklaard en voorspelde structuren vrijgegeven voor meer dan 200 miljoen eiwitten.

“In wezen kun je het zien als het hele eiwituniversum. Het bevat voorspellende structuren voor planten, bacteriën, dieren en vele andere organismen, waardoor AlphaFold enorme nieuwe kansen krijgt om invloed uit te oefenen op belangrijke kwesties, zoals duurzaamheid, voedselonzekerheid en verwaarloosde ziekten”, aldus Demis Hassabis, oprichter en oprichter van DeepMind. hoofdbestuurder.

Wetenschappers gebruiken al enkele van de eerdere voorspellingen om nieuwe medicijnen te ontwikkelen. In mei kondigden onderzoekers onder leiding van professor Matthew Higgins van de Universiteit van Oxford aan dat ze de modellen van AlphaFold hadden gebruikt om de structuur van een belangrijk malariaparasiet-eiwit te helpen bepalen, en om uit te zoeken waar antilichamen die de overdracht van de parasiet zouden kunnen blokkeren, zich waarschijnlijk zouden binden.

“Vroeger gebruikten we een techniek genaamd eiwitkristallografie om uit te zoeken hoe dit molecuul eruit ziet, maar omdat het vrij dynamisch is en beweegt, konden we er gewoon geen grip op krijgen,” zei Higgins. “Toen we de AlphaFold-modellen namen en ze combineerden met dit experimentele bewijs, was het opeens allemaal logisch. Dit inzicht zal nu worden gebruikt om verbeterde vaccins te ontwerpen die de krachtigste transmissieblokkerende antilichamen induceren.”

Meld u aan voor First Edition, onze gratis dagelijkse nieuwsbrief – elke doordeweekse ochtend om 7.00 uur BST

De modellen van AlphaFold worden ook gebruikt door wetenschappers van het Centre for Enzyme Innovation van de Universiteit van Portsmouth om enzymen uit de natuurlijke wereld te identificeren die kunnen worden aangepast om plastic te verteren en te recyclen. “Het kostte ons nogal wat tijd om door deze enorme database met structuren te gaan, maar we hebben een hele reeks nieuwe driedimensionale vormen geopend die we nog nooit eerder hadden gezien en die kunststoffen daadwerkelijk konden afbreken”, zegt prof. John McGeehan, die leidt het werk. “Er is een complete paradigmaverschuiving. We kunnen vanaf hier echt versnellen waar we naartoe gaan – en dat helpt ons deze kostbare middelen te richten op de dingen die er toe doen.”

Prof Dame Janet Thornton, de groepsleider en senior wetenschapper bij het European Bioinformatics Institute van het European Molecular Biology Laboratory, zei: “AlphaFold-voorspellingen van de eiwitstructuur worden al op talloze manieren gebruikt. Ik verwacht dat deze laatste update de komende maanden en jaren een lawine van nieuwe en opwindende ontdekkingen zal veroorzaken, en dit is allemaal te danken aan het feit dat de gegevens openlijk beschikbaar zijn voor iedereen om te gebruiken.”

Leave a Comment