مدل هوش مصنوعی نو، پروتئینی شگفت انگیز خلق کرد که 500 میلیون سال تکامل زیستی را شبیه سازی می نماید
به گزارش وبلاگ عکس 94، پژوهشگران با استفاده از یک مدل هوش مصنوعی پیشرفته، پیروز شده اند پروتئینی نو و کاملاً متفاوت از نمونه های طبیعی آن را طراحی و فراوری نمایند. این پروتئین که esmGFP نام دارد، نوعی پروتئین فلورسنت Fluorescent Protein است که تنها 58 درصد شباهت به نزدیک ترین همتای طبیعی خود یعنی tagRFP دارد. این پیشرفت معادل 500 میلیون سال تکامل زیستی است که در مدت کوتاهی به وسیله هوش مصنوعی شبیه سازی شده.
این دستاورد نشان می دهد که با یاری فناوری هوش مصنوعی، می توان پروتئین هایی با ویژگی های نو و عملنمودهای متنوع خلق کرد که در طبیعت وجود ندارند. این روش می تواند راه را برای فراوری پروتئین های سفارشی هموار کند؛ پروتئین هایی که می توانند در حوزه های مختلف از جمله پزشکی، زیست فناوری و حتی فراوری مواد زیستی مورد استفاده قرار گیرند.
مدل هوش مصنوعی که از میلیاردها داده برای طراحی پروتئین های نوین استفاده می نماید
برای این پژوهش، محققان از مدل هوش مصنوعی پیشرفته ای به نام ESM3 استفاده نموده اند که توانایی پردازش و یادگیری از حجم عظیمی از داده های زیستی را دارد. این مدل روی 3.15 میلیارد توالی پروتئینی Protein Sequences، 236 میلیون ساختار پروتئینی Protein Structures و 539 میلیون حاشیه نویسی پروتئینی Protein Annotations آموزش داده شده است.
این اطلاعات به هوش مصنوعی امکان داده تا الگوهای پیچیده ای را که طی میلیاردها سال در ساختار پروتئین های طبیعی شکل گرفته اند، درک کند و از آن ها برای خلق پروتئین های نو استفاده کند. به عبارتی، ESM3 مانند یک نویسنده ماهر که با خواندن میلیون ها کتاب قادر به نوشتن داستان های نو می گردد، توانسته است پروتئین هایی طراحی کند که تا به امروز در طبیعت دیده نشده اند.
esmGFP یکی از اولین نمونه های پیروز این روش است که توانسته است عملکرد مورد انتظار را ارائه دهد و مانند همتای طبیعی خود دارای خاصیت فلورسنت باشد. این ویژگی به این معناست که پروتئین نو می تواند در تحقیقات زیستی، ردیابی سلول ها، تصویربرداری پزشکی و کاربردهای زیست فناوری مورد استفاده قرار گیرد.
طراحی پروتئین هایی که طبیعت هرگز به آن ها دست نیافته است
پژوهشگران این پروژه شرح داده اند که پروتئین ها را می توان مانند نقاطی در یک فضای بزرگ در نظر گرفت که با جهش های تکاملی به یکدیگر متصل شده اند. در فرآیند طبیعی تکامل، یک پروتئین برای تبدیل شدن به نسخه ای نو باید تغییراتی را تجربه کند، اما این تغییرات نباید عملکرد اصلی آن را مختل نمایند.
مدل هوش مصنوعی ESM3 اما به شکلی متفاوت عمل می نماید. این مدل در چهارچوب محدودیت های تکامل طبیعی فعالیت نمی نماید، بلکه مسیرهای کاملاً نوی را برای فراوری پروتئین های تازه کشف می نماید. این ویژگی می تواند دنیای زیست شناسی را متحول کند، چرا که محققان دیگر مجبور نخواهند بود فقط به پروتئین هایی که طبیعت طی میلیاردها سال توسعه داده است، محدود شوند.
آینده ای که در آن پروتئین ها را با هوش مصنوعی طراحی می کنیم
اگرچه پروتئین هایی که با این روش طراحی می شوند، هنوز باید مورد آزمایش های دقیق زیستی و عملکردی قرار گیرند، اما این کشف گامی مهم در جهت طراحی و فراوری پروتئین های نو است. در آینده ای نه چندان دور، می توان با استفاده از هوش مصنوعی پروتئین هایی را طراحی کرد که در داروسازی، مهندسی بافت، فراوری آنزیم های صنعتی، و حتی توسعه مواد زیستی مورد استفاده قرار گیرند.
این پژوهش نشان می دهد که مدل های هوش مصنوعی می توانند مسیرهایی را شبیه سازی نمایند که تکامل طبیعی هرگز آن ها را طی ننموده است. این بدان معناست که ما می توانیم پروتئین هایی با ویژگی های کاملاً نو و بهینه طراحی کنیم، بدون آنکه محدود به مسیرهای سنتی زیست شناسی باشیم.
منبع
منبع: یک پزشک