Zdá sa však, že jednu z najväčších biologických záhad sa konečne podarilo rozlúštiť vďaka umelej inteligencii. Otázka, ako sa proteíny skladajú do jedinečného trojdimenzionálneho tvaru trápila vedcov celé desaťročia.
Objav môže znamenať revolúciu
Prečo je odpoveď na túto otázku dôležitá? Ako informuje portál BBC, pochopenie toho, ako sa formujú proteíny, môže pomôcť pri tvorbe nových liekov na liečbu rôznych ochorení, ako je napríklad demencia, rakovina či infekčné ochorenia. Spoločnosť DeepMind, ktorú od roku 2014 vlastní Google, by sa tak mohla podieľať napríklad aj na lieku, ktorý by pomáhal pri liečbe koronavírusu. Vedci už od začiatku pandémie skúmajú, ako proteín na povrchu vírusu interaguje s receptormi ľudských buniek.
Program, ktorý spoločnosť vytvorila, dokáže určiť tvar proteínu s presnosťou, ku ktorej by boli potrebné hodiny finančne náročnej práce v laboratóriu. Schopnosť rýchlo a presne určiť tvar proteínu môže znamenať pre svet vedy revolúciu.
The leap forward in protein structure prediction by @DeepMind‚s AlphaFold2 in #CASP14 highlights a potential to revolutionise structure determination. The open availability of 170,000+ structures in the PDB has been harnessed to solve a problem that stretches back decades pic.twitter.com/3GXsNZS10y
— Protein Data Bank (@PDBeurope) November 30, 2020
Proteíny sú základom všetkého živého a zohrávajú kľúčovú rolu pri chemických procesoch, ktoré sú pre život nevyhnutné. Proteíny pozostávajú z aminokyselín a môžu nadobudnúť nekonečné množstvo tvarov. Práve od tvaru proteínu závisí, ako bude vykonávať jednotlivé kľúčové funkcie v organizme.
Prečo je dôležitý tvar proteínov?
Mnohé ochorenia sa spájajú s rolou proteínov pri katalýze dôležitých chemických procesov prebiehajúcich v tele. V iných prípadoch zas proteín pôsobí ako poslíček (napríklad pri transporte hormónov). Aj tá najdrobnejšia zmena v štruktúre a funkcii molekúl môže mať katastrofálne následky. Skúmať proteíny, ktoré sa na rôznych procesoch v tele podieľajú, je preto nevyhnutné. V ľudskom tele sa nachádzajú tisícky rôznych proteínov a v iných živých organizmoch, vrátane vírusov a baktérií, dokonca miliardy. Odhalenie tvaru jediného proteínu však môže zabrať celé roky.
Christian Anfinsen bol prvý, kto prišiel s myšlienkou, že tvar proteínov je možné odhadnúť na základe sekvencie aminokyselín, z ktorých pozostáva. Za tento objav si v roku 1972 vyslúžil dokonca aj Nobelovu cenu. Od tých čias sa veda posunula o niekoľko krokov vpred, v tejto oblasti to však šlo o niečo pomalšie. Každé dva roky dali dokopy hlavy vedci z 20 krajín a pokúšali sa nájsť spôsob, ako za pomoci počítača zistiť tvar stovky proteínov na základe sekvencie aminokyselín.
Umelá inteligencia to zvládne už za niekoľko dní
Okrem toho, desiatky biológov sa rovnakú záhadu snažili rozlúštiť klasickými metódami v laboratóriách. Nedávno sa však podarilo nájsť metódu, vďaka ktorej umelá inteligencia dokáže s vysokou presnosťou určiť tvar až dvoch tretín skúmaných proteínov. Program AlphaFold zobrazuje štruktúru za pomoci priestorového grafu. Nové informácie v grafe následne porovnáva s informáciami, ktoré sú uložené v databáze proteínov.
To, na čom vedci v laboratóriách pracujú roky, zvládla umelá inteligencia v priebehu niekoľkých dní. Lepšie pochopenie a predvídanie toho, ako vzniká trojdimenzionálne usporiadanie proteínov, pomôže vedcom lepšie pochopiť evolúciu, ale aj množstvo vecí, ktoré sa týkajú zdravia a chorôb. Ďalším krokom je odhalenie toho, ako do seba proteíny zapadajú a ako interagujú s inými molekulami v tele, napríklad s DNA či RNA.
Nahlásiť chybu v článku