Nobel dla SI? Przełom w dziedzinie biologii

Jedna z największych tajemnic biologii została rozwiązana za pomocą sztucznej inteligencji- tak komentują naukowcy ostatnie osiągnięcie inżynierów z Alphabet, siostrzanej spółki technologicznej DeepMind należącej do Google.

W 1972 roku Christian Anfinsen otrzymał Nagrodę Nobla za swoją pracę, która wykazała, że ​​powinno być możliwe określenie kształtu białek na podstawie sekwencji ich aminokwasów budulcowych. Problem w tym, że okreslenie kształtu tylko jednego z białek wymaga drogiego sprzętu i może zająć lata.

I tu problem, który spędzał sen z powiek biologów od blisko 50 lat rozwiązała Sztuczna Inteligencja (SI). Mowa o systemie AlphaFold, który wyróżnił się spośród wszystkich technologii biorących udział ostatnim wyzwaniu CASP14 (14th Community Experiment on the Critical Assessment of Techniques for Protein Structure).

Co dwa lata dziesiątki zespołów z ponad 20 krajów na ślepo próbują przewidzieć za pomocą komputerów kształt 3D zestawu około 100 białek z samych sekwencji aminokwasów. W tegorocznym wyzwaniu system od Alphabet określił kształt około dwóch trzecich białek z dokładnością porównywalną do eksperymentów laboratoryjnych.

W powszechnie stosowanym mierniku testu Global Distance, technologia od Alphabet osiągnęła wynik 92,4% skuteczności. Wynik programui AlphaFold uważany jest za porównywalny z tym, który można osiągnąć w warunkach laboratoryjnych. Jednak to co w laboratorium zajęłoby kilka lat, program SI był w stanie rozwiązać w ciągu kilku dni.

Do osiągnięcia takiego rezultatu sztuczna inteligencja została "nakarmiona" na ok. 170 tysiącach dostępnych publicznie struktur białkowych i ogromnej bazie danych nieznanych struktur białkowych. 

Czym są białka?

Białka są obecne we wszystkich żywych organizmach, gdzie odgrywają kluczową rolę w procesach chemicznych niezbędnych do życia. Zbudowane z łańcuchów aminokwasów zwijają się na nieskończoną liczbę sposobów w wyszukane kształty, które stanowią klucz do tego, jak pełnią swoje funkcje życiowe.

Wiele chorób jest związanych z rolą białek w katalizowaniu reakcji chemicznych (enzymy), zwalczaniu chorób (przeciwciała) lub działaniu jako przekaźniki chemiczne (hormony, takie jak insulina).

Sposób, w jaki funkcjonuje białko, zależy od jego trójwymiarowej struktury i funkcji białka i znajomość trójwymiarowych struktur białek, może pomóc w projektowaniu leków i interweniowaniu w przypadku problemów zdrowotnych, czy to infekcji, czy chorób dziedzicznych.

M.in. dzięki szybkiemu rozpoznaniu struktury białek wirusa SARS-CoV-2 naukowcy szybko byli w stanie rozpoznać w jaki sposób białko występujące na powierzchni wirusa Sars-CoV-2 oddziałuje z receptorami w ludzkich komórkach.

Naukowcom udało się ustalić, że koronawirus ma kształt zbliżony do kulistego i towarzyszy mu otoczka białkowa z wypustkami,  przypominająca koronę. To dzięki tej wiedzy naukowcy byli w stanie stworzyć przeciwciało monoklonalne, neutralizujące białka szczytowe koronawirusa, uniemożliwiające cząsteczce wirusa wniknięcia do komórek.

Program AI był w stanie w ciągu kilku dni zrobić to, co może zająć lata na stole laboratoryjnym.