X'jiġri kieku nistgħu nużaw l-intelliġenza artifiċjali biex inwieġbu wieħed mill-akbar misteri tal-ħajja - it-tiwi tal-proteini? Ix-xjentisti ilhom jaħdmu fuq dan għal għexieren ta 'snin.
Il-magni issa jistgħu jbassru l-istrutturi tal-proteini bi preċiżjoni aqwa billi jużaw mudelli ta 'tagħlim fil-fond, li jbiddlu l-iżvilupp tad-droga, il-bijoteknoloġija, u l-għarfien tagħna tal-proċessi bijoloġiċi fundamentali.
Ingħaqad miegħi f'esplorazzjoni fil-qasam intriganti tat-tiwi tal-proteini AI, fejn it-teknoloġija avvanzata taħbat mal-kumplessità tal-ħajja nnifisha.
Tiżvela l-Misteru tat-Tiwi tal-Proteina
Il-proteini jaħdmu f'ġisimna bħal magni żgħar biex iwettqu ħidmiet kruċjali bħal tkissir l-ikel jew it-trasport tal-ossiġnu. Għandhom jintlew b'mod korrett biex jiffunzjonaw b'mod effettiv, bħalma ċavetta għandha tinqata 'b'mod korrett biex tidħol f'serratura. Hekk kif tinħoloq il-proteina, jibda proċess ta 'tiwi kkumplikat ħafna.
It-tiwi tal-proteini huwa l-proċess li bih ktajjen twal ta 'aċidi amminiċi, il-blokki tal-bini tal-proteini, jintewaw fi strutturi tridimensjonali li jiddettaw il-funzjoni tal-proteina.
Ikkunsidra sensiela twila ta 'żibeġ li għandhom jiġu ordnati f'forma preċiża; dan huwa dak li jiġri meta proteina jingħalaq. Madankollu, b'differenza żibeġ, aċidi amminiċi għandhom karatteristiċi uniċi u jinteraġixxu ma 'xulxin b'diversi modi, u jagħmlu t-tiwi tal-proteini proċess kumpless u sensittiv.
L-istampa hawn tirrappreżenta l-emoglobina umana, li hija proteina mitwija magħrufa sew
Il-proteini għandhom jintwew malajr u b'mod preċiż, jew isiru ħażin u difettużi. Dan jista 'jwassal għal mard bħall-Alzheimer u l-Parkinson's. It-temperatura, il-pressjoni, u l-preżenza ta 'molekuli oħra fiċ-ċellula kollha għandhom effett fuq il-proċess tat-tiwi.
Wara għexieren ta 'snin ta' riċerka, ix-xjentisti għadhom qed jippruvaw isibu eżattament kif il-proteini jintwew.
B'xorti tajba, l-avvanzi fl-intelliġenza artifiċjali qed itejbu l-iżvilupp fis-settur. Ix-xjentisti jistgħu jantiċipaw l-istruttura tal-proteini b'mod aktar preċiż minn qatt qabel billi jużaw algoritmi ta 'tagħlim bil-magna biex teżamina volumi massivi ta’ data.
Dan għandu l-potenzjal li jibdel l-iżvilupp tal-medikazzjoni u jżid l-għarfien molekulari tagħna dwar il-marda.
Il-Magni Jistgħu Aħjar Aħjar?
It-tekniki konvenzjonali tat-tiwi tal-proteini għandhom limitazzjonijiet
Ix-xjentisti ilhom jippruvaw isibu tiwi tal-proteini għal għexieren ta 'snin, iżda l-kumplessità tal-proċess għamlet dan suġġett ta' sfida.
Approċċi konvenzjonali ta 'tbassir tal-istruttura tal-proteini jużaw taħlita ta' metodoloġiji sperimentali u mudellar tal-kompjuter, madankollu, dawn il-metodi kollha għandhom żvantaġġi.
Tekniki sperimentali bħall-kristallografija tar-raġġi-X u r-reżonanza manjetika nukleari (NMR) jistgħu jieħdu ħafna ħin u jiswew ħafna flus. U, mudelli tal-kompjuter kultant jiddependu fuq suppożizzjonijiet sempliċi, li jistgħu jwasslu għal tbassir żbaljat.
L-AI Tista' Tegħleb Dawn l-Ostakli
B'xorti tajba, intelliġenza artifiċjali qed tipprovdi wegħda ġdida għal tbassir tal-istruttura tal-proteini aktar preċiża u effiċjenti. L-algoritmi tat-tagħlim bil-magni jistgħu jeżaminaw volumi massivi ta' dejta. U, jikxfu mudelli li n-nies jitilfu.
Dan irriżulta fil-ħolqien ta 'għodod u pjattaformi tas-softwer ġodda li kapaċi jbassru l-istruttura tal-proteini bi preċiżjoni mingħajr paragun.
L-Algoritmi ta' Tagħlim tal-Magni l-aktar promettenti għat-tbassir tal-istruttura tal-proteini
Is-sistema AlphaFold mibnija minn Google's DeepMind tim huwa wieħed mill-aktar avvanzi promettenti f'dan il-qasam. Kisbet progress kbir fis-snin riċenti bl-użu algoritmi ta ’tagħlim fil-fond biex ibassar l-istruttura tal-proteini bbażati fuq is-sekwenzi ta 'aċidu amminiku tagħhom.
Netwerks newrali, magni tal-vettur ta 'appoġġ, u foresti każwali huma fost aktar metodi ta' tagħlim tal-magni li juru wegħda għat-tbassir tal-istruttura tal-proteini.
Dawn l-algoritmi jistgħu jitgħallmu minn datasets enormi. U, jistgħu jantiċipaw il-korrelazzjonijiet bejn aċidi amminiċi differenti. Allura, ejja naraw kif taħdem.
Analiżi Ko-evoluzzjonarji u l-Ewwel Ġenerazzjoni AlphaFold
Is-suċċess ta ' AlphaFold hija mibnija fuq mudell ta 'netwerk newrali profond li ġie żviluppat bl-użu ta' analiżi ko-evoluzzjonarja. Il-kunċett ta 'ko-evoluzzjoni jgħid li jekk żewġ aċidi amminiċi fi proteina jinteraġixxu ma' xulxin, dawn se jiżviluppaw flimkien biex iżommu r-rabta funzjonali tagħhom.
Ir-riċerkaturi jistgħu jiskopru liema pari ta 'aċidi amminiċi x'aktarx ikunu f'kuntatt fl-istruttura 3D billi jqabblu s-sekwenzi ta' aċidi amminiċi ta 'ħafna proteini simili.
Din id-dejta sservi bħala l-pedament għall-ewwel iterazzjoni ta 'AlphaFold. Tbassar it-tulijiet bejn pari ta 'aċidi amminiċi kif ukoll l-angoli tal-bonds tal-peptidi li jgħaqqduhom. Dan il-metodu qabeż l-approċċi preċedenti kollha għat-tbassir tal-istruttura tal-proteini mis-sekwenza, għalkemm l-eżattezza kienet għadha ristretta għal proteini mingħajr mudelli apparenti.
AlphaFold 2: Metodoloġija radikalment ġdida
AlphaFold2 huwa softwer tal-kompjuter maħluq minn DeepMind li juża sekwenza ta 'aċidu amminiku ta' proteina biex ibassar l-istruttura 3D tal-proteina.
Dan huwa sinifikanti minħabba li l-istruttura ta 'proteina tiddetta kif tiffunzjona, u l-fehim tal-funzjoni tagħha jista' jgħin lix-xjenzati jiżviluppaw mediċini li jimmiraw il-proteina.
In-netwerk newrali AlphaFold2 jirċievi bħala input is-sekwenza tal-aċidu amminiku tal-proteina kif ukoll dettalji dwar kif dik is-sekwenza tqabbel ma' sekwenzi oħra f'database (dan jissejjaħ "allinjament tas-sekwenza").
In-netwerk newrali jagħmel tbassir dwar l-istruttura 3D tal-proteina bbażata fuq dan l-input.
X'jiddistingwiha minn AlphaFold2?
B'kuntrast ma 'approċċi oħra, AlphaFold2 tbassar l-istruttura 3D reali tal-proteina aktar milli sempliċement is-separazzjoni bejn pari ta' aċidi amminiċi jew l-angoli bejn ir-rabtiet li jgħaqqduhom (kif għamlu algoritmi preċedenti).
Sabiex in-netwerk newrali jantiċipa l-istruttura sħiħa f'daqqa, l-istruttura hija kodifikata minn tarf sa tarf.
Karatteristika ewlenija oħra ta 'AlphaFold2 hija li toffri stima ta' kemm hi kunfidenti fit-tbassir tagħha. Dan huwa ppreżentat bħala kodifikazzjoni tal-kulur fuq l-istruttura antiċipata, bl-aħmar li jirrappreżenta kunfidenza għolja u blu li jissuġġerixxi kunfidenza baxxa.
Dan huwa utli peress li jinforma lix-xjenzati dwar l-istabbiltà tat-tbassir.
Tbassir ta 'l-Istruttura Magħquda ta' Diversi Sekwenzi
L-aħħar espansjoni ta 'Alphafold2, magħrufa bħala Alphafold Multimer, tbassar l-istruttura magħquda ta' diversi sekwenzi. Għadu għandu rati għoljin ta 'żbalji anki jekk jaħdem ferm aħjar minn tekniki preċedenti. Biss % 25 minn 4500 kumpless tal-proteini kienu mbassra b'suċċess.
70% tar-reġjuni mhux maħduma tal-formazzjoni tal-kuntatt kienu mbassra b'mod korrett, iżda l-orjentazzjoni relattiva taż-żewġ proteini kienet żbaljata. Meta l-fond tal-allinjament medjan huwa inqas minn bejn wieħed u ieħor 30 sekwenza, l-eżattezza tal-previżjonijiet tal-multimer Alphafold tonqos b'mod sinifikanti.
Kif tuża tbassir Alphafold
Il-mudelli mbassra minn AlphaFold huma offruti fl-istess formati ta 'fajls u jistgħu jintużaw bl-istess modi bħall-istrutturi sperimentali. Huwa kruċjali li jitqiesu l-istimi tal-eżattezza offruti mal-mudell sabiex jiġu evitati nuqqas ta' ftehim.
Huwa ta’ għajnuna speċjalment għal strutturi kkumplikati bħal omomeri minsuġa jew proteini li jintewa biss fil-preżenza ta’
ligand mhux magħruf.
Xi Sfidi
Il-problema ewlenija fl-użu ta 'strutturi mbassra hija l-fehim tad-dinamika, is-selettività tal-ligand, il-kontroll, l-allostery, il-bidliet wara t-traduzzjoni, u l-kinetika tal-irbit mingħajr aċċess għal proteini u data bijofiżika.
Tagħlim bil-magni u r-riċerka tad-dinamika molekulari bbażata fuq il-fiżika tista 'tiġi utilizzata biex tingħeleb din il-problema.
Dawn l-investigazzjonijiet jistgħu jibbenefikaw minn arkitettura tal-kompjuter speċjalizzata u effiċjenti. Filwaqt li AlphaFold kiseb avvanzi tremendi fit-tbassir tal-istrutturi tal-proteini, għad hemm ħafna x'titgħallem fil-qasam tal-bijoloġija strutturali, u t-tbassir AlphaFold huma biss il-punt tat-tluq għal studju futur.
X'inhuma Għodod notevoli oħra?
RoseTTAFfold
RoseTTAFold, maħluqa mir-riċerkaturi tal-Università ta 'Washington, bl-istess mod timpjega algoritmi ta' tagħlim fil-fond biex tbassar l-istrutturi tal-proteini, iżda tintegra wkoll approċċ ġdid magħruf bħala "simulazzjonijiet tad-dinamika tal-angolu tat-torsjoni" biex ittejjeb l-istrutturi mbassra.
Dan il-metodu ta riżultati inkoraġġanti u jista 'jkun utli biex jingħelbu l-limitazzjonijiet ta' għodod eżistenti ta 'tiwi tal-proteini AI.
trRosetta
Għodda oħra, trRosetta, tbassar it-tiwi tal-proteini billi tuża a newrali netwerk imħarreġ fuq miljuni ta’ sekwenzi u strutturi ta’ proteini.
Juża wkoll teknika ta’ “mudellar ibbażat fuq mudell” biex toħloq tbassir aktar preċiż billi tqabbel il-proteina fil-mira ma’ strutturi magħrufa komparabbli.
Intwera li trRosetta hija kapaċi tbassar l-istrutturi ta 'proteini ċkejkna u kumplessi ta' proteini.
DeepMetaPSICOV
DeepMetaPSICOV hija għodda oħra li tiffoka fuq it-tbassir tal-mapep tal-kuntatt tal-proteini. Dawn, jintużaw bħala gwida biex ibassru t-tiwi tal-proteini. Hija tuża tagħlim fil-fond approċċi għat-tbassir tal-probabbiltà ta’ interazzjonijiet ta’ residwi ġewwa proteina.
Dawn huma sussegwentement użati biex ibassru l-mappa ġenerali tal-kuntatt. DeepMetaPSICOV wera potenzjal fit-tbassir tal-istrutturi tal-proteini bi preċiżjoni kbira, anke meta l-approċċi preċedenti fallew.
X'jagħmel il-Futur?
Il-futur tat-tiwi tal-proteini AI huwa qawwi. Algoritmi bbażati fuq it-tagħlim fil-fond, notevolment AlphaFold2, reċentement għamlu progress kbir fit-tbassir affidabbli tal-istrutturi tal-proteini.
Din is-sejba għandha l-potenzjal li tittrasforma l-iżvilupp tad-droga billi tippermetti lix-xjenzati jifhmu aħjar l-istruttura u l-funzjoni tal-proteini, li huma miri terapewtiċi komuni.
Madankollu, kwistjonijiet bħat-tbassir tal-kumplessi tal-proteini u l-iskoperta tal-istatus funzjonali reali tal-istrutturi antiċipati jibqgħu. Hija meħtieġa aktar riċerka biex issolvi dawn il-kwistjonijiet u tiżdied l-eżattezza u l-affidabbiltà tal-algoritmi tat-tiwi tal-proteini AI.
Madankollu, il-benefiċċji potenzjali ta 'din it-teknoloġija huma enormi, u għandha l-potenzjal li twassal għall-produzzjoni ta' mediċini aktar effettivi u preċiżi.
Ħalli Irrispondi