Чӣ мешавад, агар мо метавонем зеҳни сунъиро истифода барем, то ба яке аз бузургтарин асрори ҳаёт - печонидани сафедаҳо ҷавоб диҳем? Олимон даҳсолаҳо дар ин бора кор мекарданд.
Мошинҳо ҳоло метавонанд сохторҳои сафедаҳоро бо дақиқии аҷиб бо истифода аз моделҳои омӯзиши амиқ пешгӯӣ кунанд, таҳияи маводи мухаддир, биотехнология ва дониши моро дар бораи равандҳои асосии биологӣ тағир диҳанд.
Ба ман ҳамроҳ шавед, ки дар соҳаи ҷолиби қабати сафедаи AI, ки дар он технологияи муосир бо мураккабии худи ҳаёт бархӯрд мекунад.
Кушодани асрори қабати сафедаҳо
Протеинҳо дар бадани мо мисли мошинҳои хурд кор мекунанд, то вазифаҳои муҳимро ба мисли шикастани ғизо ё интиқоли оксиген иҷро кунанд. Онҳо бояд дуруст печонида шаванд, то онҳо самаранок кор кунанд, ҳамон тавре ки калид бояд дуруст бурида шавад, то ба қулф ҷойгир шавад. Ҳамин ки протеин ба вуҷуд меояд, раванди хеле мураккаби печиш оғоз меёбад.
Пӯшидани сафедаҳо равандест, ки тавассути он занҷирҳои тӯлонии аминокислотаҳо, блокҳои сохтмонии сафеда ба сохторҳои сеченака печида мешаванд, ки вазифаи сафедаро дикта мекунанд.
Як қатори тӯлонии маҳтобҳоро баррасӣ кунед, ки бояд ба шакли дақиқ фармоиш дода шаванд; ин ҳамон чизест, ки ҳангоми пӯшиши сафеда рӯй медиҳад. Бо вуҷуди ин, бар хилофи маҳтобӣ, аминокислотаҳо дорои хусусиятҳои беназир мебошанд ва бо ҳамдигар бо тарзҳои гуногун мутақобила мекунанд ва пӯшиши сафедаҳоро як раванди мураккаб ва ҳассос мекунанд.
Тасвир дар ин ҷо гемоглобини одамро нишон медиҳад, ки сафедаи машҳури катшуда аст
Протеинҳо бояд зуд ва дақиқ пӯшанд, вагарна онҳо нодуруст ва ноқис мешаванд. Ин метавонад боиси бемориҳо ба монанди Альцгеймер ва Паркинсон гардад. Ҳарорат, фишор ва мавҷудияти молекулаҳои дигар дар ҳуҷайра ҳама ба раванди пӯшиш таъсир мерасонанд.
Пас аз даҳсолаҳои таҳқиқот, олимон ҳоло ҳам кӯшиш мекунанд, ки дақиқ фаҳманд, ки чӣ гуна сафедаҳо пӯшанд.
Хушбахтона, пешрафтҳо дар зеҳни сунъӣ рушди соҳаро беҳтар мекунанд. Олимон метавонанд бо истифода аз сохтори сафедаҳоро аз ҳарвақта дақиқтар пешгӯӣ кунанд алгоритмҳои омӯзиши мошин барои тафтиш кардани миқдори зиёди маълумот.
Ин имкон дорад, ки рушди доруҳоро тағир диҳад ва дониши молекулавии моро дар бораи беморӣ афзоиш диҳад.
Оё мошинҳо беҳтар кор карда метавонанд?
Усулҳои анъанавии қат кардани сафедаҳо маҳдудият доранд
Олимон тӯли даҳсолаҳо кӯшиш мекарданд, ки қабати сафедаҳоро муайян кунанд, аммо мураккабии раванд ин мавзӯъро ба як мавзӯи душвор табдил додааст.
Равишҳои муқаррарии пешгӯии сохтори сафедаҳо маҷмӯи методологияи таҷрибавӣ ва моделсозии компютериро истифода мебаранд, аммо ин усулҳо ҳама камбудиҳо доранд.
Усулҳои таҷрибавӣ, ба монанди кристаллографияи рентгенӣ ва резонанси магнитии ядроӣ (NMR) метавонанд вақтро сарф кунанд ва гарон бошанд. Ва моделҳои компютерӣ баъзан ба пиндоштҳои оддӣ такя мекунанд, ки метавонанд ба пешгӯиҳои нодуруст оварда расонанд.
AI метавонад ин монеаҳоро бартараф кунад
Хушбахтона, мағзи маслуӣ барои пешгӯии дақиқтар ва муассири сохтори сафеда ваъдаи тоза медиҳад. Алгоритмҳои омӯзиши мошинҳо метавонанд миқдори зиёди маълумотро тафтиш кунанд. Ва онҳо намунаҳоеро ошкор мекунанд, ки одамон аз даст медиҳанд.
Ин боиси эҷоди асбобҳо ва платформаҳои нави нармафзор гардид, ки қодиранд сохтори сафедаро бо дақиқии беҳамто пешгӯӣ кунанд.
Алгоритмҳои умедбахши омӯзиши мошинсозӣ барои пешгӯии сохтори сафедаҳо
Системаи AlphaFold, ки аз ҷониби Google сохта шудааст Ақли амиқ коллектив яке аз пешравихои умедбахши ин соха мебошад. Он дар солхои охир бо истифода аз он пешравии калон ба даст овард алгоритмҳои омӯзиши амиқ барои пешгӯии сохтори сафедаҳо дар асоси пайдарпайии аминокислотаҳо.
Шабакаҳои нейрон, мошинҳои вектории дастгирӣ ва ҷангалҳои тасодуфӣ аз ҷумлаи усулҳои омӯзиши мошинсозӣ мебошанд, ки барои пешгӯии сохтори сафеда ваъда медиҳанд.
Ин алгоритмҳо метавонанд аз маҷмӯаҳои азими додаҳо омӯхта шаванд. Ва онҳо метавонанд таносуби байни кислотаҳои аминокислотаҳои гуногунро пешбинӣ кунанд. Пас, биёед бубинем, ки он чӣ гуна кор мекунад.
Таҳлилҳои муштараки эволютсионӣ ва насли аввалини AlphaFold
Муваффақияти AlphaFold дар модели амиқи шабакаи нейронӣ сохта шудааст, ки бо истифода аз таҳлили коэволютсионӣ таҳия шудааст. Консепсияи коэволютсия мегӯяд, ки агар ду аминокислота дар сафеда бо ҳамдигар ҳамкорӣ кунанд, онҳо якҷоя инкишоф меёбанд, то пайванди функсионалии худро нигоҳ доранд.
Тадқиқотчиён метавонанд тавассути муқоисаи пайдарпайии аминокислотаҳои сафедаҳои сершумори шабеҳ муайян кунанд, ки кадом ҷуфтҳои аминокислотаҳо дар сохтори 3D тамос доранд.
Ин маълумот ҳамчун асос барои такрори аввалини AlphaFold хизмат мекунад. Он дарозии байни ҷуфтҳои аминокислотаҳо ва инчунин кунҷҳои пайвандҳои пептидиро, ки онҳоро мепайвандад, пешгӯӣ мекунад. Ин усул аз ҳама равишҳои қаблӣ барои пешгӯии сохтори сафедаҳо аз рӯи пайдарпай бартарӣ дошт, гарчанде ки дақиқӣ барои сафедаҳо бе қолабҳои намоён маҳдуд буд.
AlphaFold 2: Методологияи комилан нав
AlphaFold2 як нармафзори компютерие мебошад, ки аз ҷониби DeepMind сохта шудааст, ки барои пешгӯии сохтори 3D сафеда пайдарпаии аминокислотаҳои сафедаро истифода мебарад.
Ин хеле муҳим аст, зеро сохтори сафеда чӣ гуна фаъолият кардани онро дикта мекунад ва фаҳмидани вазифаи он метавонад ба олимон дар таҳияи доруҳое, ки сафедаҳоро ҳадаф қарор медиҳанд, кӯмак кунад.
Шабакаи нейронии AlphaFold2 ҳамчун вуруд пайдарпайии аминокислотаҳои сафеда ва инчунин тафсилотро дар бораи он, ки чӣ тавр ин пайдарпаӣ бо дигар пайдарпаӣ дар пойгоҳи додаҳо муқоиса мекунад (инро “ҳамоҳангсозии пайдарпай” меноманд) мегирад.
Шабакаи нейрон дар асоси ин воридот дар бораи сохтори 3D сафеда пешгӯӣ мекунад.
Онро аз AlphaFold2 чӣ фарқ мекунад?
Баръакси равишҳои дигар, AlphaFold2 сохтори воқеии 3D-и сафедаро пешгӯӣ мекунад, на танҳо ҷудоӣ байни ҷуфтҳои аминокислотаҳо ё кунҷҳои байни пайвандҳое, ки онҳоро мепайвандад (чун алгоритмҳои қаблӣ).
Барои он ки шабакаи нейрон якбора сохтори пурраро пешгӯӣ кунад, сохтор ба охир рамзгузорӣ карда мешавад.
Хусусияти дигари калидии AlphaFold2 дар он аст, ки он тахмин мекунад, ки то чӣ андоза ба пешгӯии худ боварӣ дорад. Ин ҳамчун рамзи ранг дар сохтори пешбинишуда пешниҳод карда мешавад, ки сурх эътимоди баландро ифода мекунад ва кабуд эътимоди пастро нишон медиҳад.
Ин муфид аст, зеро он ба олимон дар бораи устувории пешгӯиҳо маълумот медиҳад.
Пешгӯии сохтори якҷояи якчанд пайдарпайҳо
Тавсеаи охирини Alphafold2, ки бо номи Alphafold Multimer маъруф аст, сохтори якҷояи якчанд пайдарпайро пешгӯӣ мекунад. Он то ҳол сатҳи баланди хатогиҳо дорад, ҳатто агар он нисбат ба техникаи қаблӣ хеле беҳтар кор кунад. Танҳо 25% аз 4500 комплексҳои сафеда бомуваффақият пешгӯӣ карда шуданд.
70% минтақаҳои ноҳамвори ташаккули тамос дуруст пешгӯӣ карда шуданд, аммо самти нисбии ду сафеда нодуруст буд. Вақте ки умқи мутаносиби миёнаравӣ тақрибан аз 30 пайдарпаӣ камтар аст, дурустии пешгӯиҳои мултимерии Alphafold ба таври назаррас коҳиш меёбад.
Чӣ тавр истифода бурдани пешгӯиҳои Alphafold
Моделҳои пешбинишудаи AlphaFold дар ҳамон форматҳои файл пешниҳод карда мешаванд ва онҳоро бо ҳамон тарзҳои сохторҳои таҷрибавӣ истифода бурдан мумкин аст. Барои пешгирӣ кардани нофаҳмиҳо, ба инобат гирифтан баҳодиҳии дақиқи бо модел пешниҳодшуда муҳим аст.
Он махсусан барои сохторҳои мураккаб, ба монанди гомомерҳои бо ҳам бофташуда ё сафедаҳо, ки танҳо дар ҳузури як
лиганд номаълум.
Баъзе мушкилот
Мушкилоти асосӣ дар истифодаи сохторҳои пешбинишуда фаҳмидани динамика, интихоби лигандҳо, назорат, аллостерия, тағироти пас аз трансляция ва кинетикаи пайвастшавӣ бидуни дастрасӣ ба маълумоти сафеда ва биофизикӣ мебошад.
омӯзиши мошин ва тадқиқоти динамикаи молекулавӣ дар асоси физика метавонад барои бартараф кардани ин мушкилот истифода шавад.
Ин таҳқиқотҳо метавонанд аз меъмории махсус ва самараноки компютерӣ баҳра баранд. Дар ҳоле, ки AlphaFold дар пешгӯии сохторҳои сафеда ба дастовардҳои бузург ноил шудааст, дар соҳаи биологияи сохторӣ ҳанӯз бисёр чизҳоро омӯхтан лозим аст ва пешгӯиҳои AlphaFold танҳо нуқтаи ибтидоӣ барои омӯзиши оянда мебошанд.
Дигар асбобҳои аҷиб кадомҳоянд?
RoseTTAFold
RoseTTAFold, ки аз ҷониби муҳаққиқони Донишгоҳи Вашингтон сохта шудааст, инчунин алгоритмҳои омӯзиши амиқро барои пешгӯии сохторҳои сафеда истифода мебарад, аммо он инчунин як равиши навро бо номи "симулятсияи динамикии кунҷи буриш" барои беҳтар кардани сохторҳои пешбинишуда муттаҳид мекунад.
Ин усул натиҷаҳои рӯҳбаландкунанда дод ва метавонад барои бартараф кардани маҳдудиятҳои асбобҳои мавҷудаи сунъии сафеда муфид бошад.
trRosetta
Асбоби дигар, trRosetta, бо истифода аз а шабакаи нейралӣ оид ба миллионҳо пайдарпаии сафедаҳо ва сохторҳои таълим.
Он инчунин як техникаи "моделсозии ба қолабӣ асосёфта" -ро барои эҷоди пешгӯиҳои дақиқ тавассути муқоисаи сафедаи мақсаднок бо сохторҳои маълуми муқоисашаванда истифода мебарад.
Исбот шудааст, ки trRosetta қобилияти пешгӯии сохторҳои сафедаҳо ва комплексҳои сафедаҳоро дорад.
DeepMetaPSICOV
DeepMetaPSICOV як воситаи дигарест, ки ба пешгӯии харитаҳои тамоси сафеда тамаркуз мекунад. Инҳо ҳамчун дастур барои пешгӯии қабати сафедаҳо истифода мешаванд. Истифода мебарад омӯзиши чуқур равишҳо барои пешгӯии эҳтимолияти таъсироти боқимонда дар дохили сафеда.
Инҳо баъдан барои пешгӯии харитаи умумии тамос истифода мешаванд. DeepMetaPSICOV потенсиали пешгӯии сохторҳои сафедаҳоро бо дақиқии зиёд нишон дод, ҳатто вақте ки равишҳои қаблӣ ноком шуданд.
Оянда чӣ гуна аст?
Ояндаи қабати сафедаи AI дурахшон аст. Алгоритмҳои ба омӯзиши амиқ асосёфта, бахусус AlphaFold2, ба наздикӣ дар пешгӯии боэътимоди сохторҳои сафеда ба пешрафти бузург ноил шуданд.
Ин бозёфт дорои потенсиали табдил додани таҳияи маводи мухаддир мебошад, ки ба олимон имкон медиҳад, ки сохтор ва функсияи сафедаҳоро беҳтар дарк кунанд, ки ҳадафҳои умумии табобатӣ мебошанд.
Бо вуҷуди ин, масъалаҳое мисли пешгӯии комплексҳои сафеда ва муайян кардани ҳолати воқеии функсионалии сохторҳои пешбинишуда боқӣ мондаанд. Барои ҳалли ин масъалаҳо ва баланд бардоштани дақиқӣ ва эътимоднокии алгоритмҳои печонидани сафедаи AI тадқиқоти бештар лозим аст.
Бо вуҷуди ин, манфиатҳои эҳтимолии ин технология хеле зиёданд ва он дорои потенсиали тавлиди доруҳои муассиртар ва дақиқтар аст.
Дин ва мазҳаб