دانشمندان با کمک هوش مصنوعی موفق به پیش بینی ساختمان پروتئین های بدن انسان شده اند

مدل دیپ مایند از پروتئین باکتری بیماری لژیونر
درک ساختمان پروتئین ها برای پیشبرد علم پزشکی اهمیت اساسی دارد، اما تا پیش از این فقط کسر کوچکی از این ها مشخص شده بود.

متخصصان در آزمایشگاه دیپ مایند در بریتانیا، که زیرمجموعه شرکت گوگل است، ابتدا در پایان سال پیش اعلام کردند که با کمک یک برنامه هوش مصنوعی به نام آلفافولد توانسته اند شکل ساختمان پروتئین ها که یکی از بزرگترین چالش های علم زیست شناسی بوده را با دقت تعیین کنند.

حالا با گذشت حدود هفت ماه مسئولان آلفافولد در همکاری با "اِمبل" یا آزمایشگاه بیولوژی ملکولی اروپایی، می گویند که ساختمان ۳۵۰ هزار پروتئین - از جمله حدود ۲۰ هزار پروتئین متعلق به انسان - و سایر ارگانیسم ها را پیش بینی کرده اند.

دمیس هاسابیس، مدیر دیپ مایند در مورد این برنامه هوش مصنوعی می گوید: "ما جزئیات ساختمانی بیش از صد هزار پروتئین که محققان در سی چهل سال اخیر با زحمت زیاد شناسایی کرده اند را در اختیار آلفافولد (AlphaFold) قرار دادیم تا رابطه میان توالی اسیدهای آمینه این پروتئین ها و ساختمان کلی آنها را بیاموزد. می شود گفت این برنامه به نوعی قواعد فیزیکی حاکم بر بیولوژی پروتئین ها را درک می کند. مثلا پیوندهای شیمیایی و اینکه چه نوع اسیدهای آمینه ای ساختمان سه بعدی پروتئین را تشکیل می دهند."

به این ترتیب این برنامه الگوهای ساخت پروتئین هایی که ساختمان آنها قبلا شناسایی شده را یاد می گیرد و با کمک قواعد علم فیزیک و شیمی ساختمان پروتئین هایی که قبلا ندیده را پیش بینی می کند.

پروتئین ها مصالح اصلی کلیه ارگانیسم های زنده هستند و سلول های بدن ما پر از آنهاست. پروتئین ها از رشته های اسید آمینه تشکیل شده اند که در شکل های پیچیده دور هم می پیچند یا به اصطلاح تا می خورند.

آقای هاسابیس می گوید: "مساله مربوط به درک چگونگی تا خوردن پروتئین ها یعنی تشخیص ساختمان سه بعدی پروتئین ها برای ۵۰ سال یک مساله بزرگ علم زیست شناسی بوده. و هزاران محقق در اطراف جهان مشغول کار پرمشقت روی تکنیک های تجربی درک ساختمان پروتئین ها بوده اند چون فکر می کنند با این کار می توان به کارکردی که پروتئین ها در بدن دارند پی برد. البته این اصل برای ما پذیرفته شده بود و ما سعی کردیم سرعت این فرآیند را با کمک این شیوه های محاسباتی و کامپیوتری به شدت بالا ببریم."
این دستاورد شاید به کشف آنزیم هایی که می توانند پلاستیک را تجزیه کنند منجر شودتیم آلفافولد در مقاله ای در نشریه علمی نیچر توضیح می دهد که آنها با کمک این برنامه ساختمان ده ها هزار پروتئین را مشخص کرده اند.

آقای هاسابیس می گوید کاری که آنها کردند گام بلند دیگری در علم پزشکی بعد از توالی یابی ژن های بدن است که در سال ۲۰۰۱ توسط دانشمندان کامل شد و درهای تازه ای را به روی علم پزشکی باز کرد.

با شناسایی ساختمان پروتئین ها گام بلندی به سوی درک وظایف آنها در بدن برداشته می شود. این پیشرفت از جمله می تواند شتاب زیادی به کشف داروهای تازه برای درمان بیماری ها دهد.

تا پیش از این ساختمان حدود ۱۷ درصد پروتئین های بدن شناسایی شده بود و حالا مطالعه تازه این رقم را به ۳۶ درصد رسانده است که محققان به دقت نتایج آن اطمینان زیادی دارند که قابل مقایسه با نتایج تجربی است.

علاوه بر این در این پروژه ساختمان کلی حدودا ۵۸ درصد دیگر از پروتئین های بدن هم تعیین شده که دقت آنها کمی پایین تر از آن ۳۶ درصد دیگر اما همچنان بالاست. این علاوه بر پروتئوم گونه های زیستی دیگری از جمله موش، مخمرها و باکتری ای.کولای است.

زیست شناسان به مجموعه پروتئین های یک موجود "پروتیوم" می گویند.

با کمک دیپ‌مایند تعیین ساختمان هر پروتئین فقط چند دقیقه طول می کشد، درحالی که به گفته کارشناسان انجام همین کار در گذشته با شیوه های تجربی شش ماه وقت می برد و هزینه زیادی داشت. سایر محققان دقت این پیش بینی ها را تایید کرده اند.

مسئولان این پروژه اشاره می کنند که این دستاورد جلوه درخشانی از فواید هوش مصنوعی برای علم پزشکی است.