Αποκτήστε λογισμικό για να “παραισθανθείτε” λογικές δομές πρωτεΐνης

Μεγέθυνση / Επάνω σειρά: παραισθήσεις και πραγματική δομή. Κάτω σειρά: οι δύο επάλληλες δομές.

Anishchenko και. Ο Αλ.

Χημικά, οι πρωτεΐνες είναι μόνο μια μακριά αλυσίδα αμινοξέων. Οι εκπληκτικές ιδιότητές τους οφείλονται στο γεγονός ότι αυτή η αλυσίδα μπορεί να διπλωθεί σε ένα περίπλοκο τρισδιάστατο σχήμα. Έτσι, η κατανόηση των κανόνων που διέπουν αυτό το δίπλωμα δεν θα μπορούσε μόνο να μας δώσει μια εικόνα για τις πρωτεΐνες που χρησιμοποιούνται από τη ζωή, αλλά θα μπορούσε ενδεχομένως να μας βοηθήσει να σχεδιάσουμε νέες πρωτεΐνες με νέες χημικές ικανότητες.

Υπήρξαν αξιοσημείωτη πρόοδος στο πρώτο μισό αυτού του προβλήματος πρόσφατα: οι ερευνητές συντόνισαν τα AI για να διευθετήσουν τις εξελικτικές σχέσεις μεταξύ των πρωτεϊνών και να συσχετίσουν κοινά χαρακτηριστικά με τις δομές. Μέχρι στιγμής, ωστόσο, αυτοί οι αλγόριθμοι δεν βοηθούν στο σχεδιασμό νέων πρωτεϊνών από την αρχή. Αλλά αυτό μπορεί να αλλάξει, χάρη στις μεθόδους που περιγράφονται σε άρθρο που δημοσιεύτηκε την Τετάρτη.

Σε αυτό, μια μεγάλη ομάδα ερευνητών περιγράφει αυτό που αποκαλεί «παραισθήσεις» πρωτεϊνών. Αυτά είναι τα προϊόντα μιας διαδικασίας που μοιάζει με ένα πιο ζεστό/κρύο παιχνίδι με έναν αλγόριθμο, ξεκινώντας με μια τυχαία ακολουθία αμινοξέων, κάνοντας μια αλλαγή και ρωτώντας: «Μοιάζει λίγο πολύ με μια δομημένη πρωτεΐνη; Αρκετά από τα αποτελέσματα έχουν δοκιμαστεί και, στην πραγματικότητα, αναδιπλώνονται όπως αναμενόταν.

Παραισθήσεις AI

Η περίεργη ορολογία εδώ δεν μπορεί να κατηγορηθεί στους συντάκτες του νέου άρθρου. Αντίθετα, χρησιμοποιήθηκε ο όρος “ψευδαίσθηση”. εργασία που έγινε από την ομάδα της Google AI. Αυτή η δουλειά περιελάμβανε να ξεκινήσω με μια εικόνα τυχαίων pixel και να ρωτήσω ένα νευρωνικό δίκτυο εκπαιδευμένο να αναγνωρίζει το φρούτο, “Πώς μοιάζει με μπανάνα;” Μετά από μερικές τυχαίες προσαρμογές, η ερώτηση τέθηκε ξανά. Όλες οι αλλαγές που αύξησαν τις ιδιότητες που μοιάζουν με μπανάνα της εικόνας διατηρήθηκαν και η διαδικασία επαναλήφθηκε.

READ  Η NASA καθυστερεί την πρώτη πτήση του ιστορικού ελικοπτέρου Ingenuity προς τον Άρη

Το τελικό αποτέλεσμα έχει σαφώς πτυχές που μοιάζουν με μπανάνα, αλλά μοιάζει περισσότερο με κυβιστή και ιμπρεσιονιστή που δοκίμασαν και οι δύο μπανάνες πριν τρέξουν μερικά τυχαία φίλτρα Photoshop. Αν και ο όρος δεν χρησιμοποιείται στο ιστολόγιο της Google, άλλοι έχουν αποκαλέσει τις εικόνες “παραισθήσεις”.

Ο τυχαίος θόρυβος (αριστερά) μετατρέπεται σε παραίσθηση που μοιάζει με μπανάνα (δεξιά) με επαναλαμβανόμενες αιτήσεις σε ένα AI αναγνώρισης μπανάνας.

Ο τυχαίος θόρυβος (αριστερά) μετατρέπεται σε παραίσθηση που μοιάζει με μπανάνα (δεξιά) με επαναλαμβανόμενες αιτήσεις σε ένα AI αναγνώρισης μπανάνας.

Οι ερευνητές σκέφτηκαν ότι εάν λειτουργούσε για AI που χειρίζονται την αναγνώριση εικόνας, θα μπορούσε επίσης να λειτουργήσει με AI που προτείνουν τρισδιάστατες δομές για πρωτεΐνες.

Όσοι από εσάς το προσέχετε, ωστόσο, μπορεί να παρατηρήσετε κάποιο πρόβλημα. Οι αλγόριθμοι ειδικά για τη βιολογία δεν λένε αν κάτι μοιάζει με δομή. Αντίθετα, απλώς υποθέτουν ότι υπάρχει δομή και προσπαθούν να προτείνουν τι είναι. Επομένως, δεν είναι εγγενώς διαμορφωμένοι για να κάνουν το είδος της ολοένα και πιο ζεστής / ψυχρότερης και ψυχρότερης αξιολόγησης που απαιτείται για την παραίσθηση.

Ωστόσο, η ερευνητική ομάδα βρήκε έναν τρόπο να αντιμετωπίσει αυτό το πρόβλημα. Οι αδόμητες πρωτεΐνες τείνουν να διαστέλλονται στο διάστημα, με μόνο μια χούφτα γειτονικών αμινοξέων να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Οι υψηλής δομής πρωτεΐνες, από την άλλη πλευρά, τείνουν να είναι συμπαγείς και να αναδιπλώνονται έτσι ώστε τα αμινοξέα σε διαφορετικά μέρη της αλυσίδας να μπορούν να αλληλεπιδράσουν μεταξύ τους. Ο αλγόριθμος που χρησιμοποίησαν για την πρόβλεψη της δομής, trRosetta, δημιουργεί τις προβλέψεις του ως τη σχετική θέση κάθε αμινοξέος στον τρισδιάστατο χώρο. Έτσι, χρησιμοποιώντας ένα μέτρο της διάδοσής τους, οι συγγραφείς μπόρεσαν να δώσουν κάποιου είδους απάντηση στην ερώτηση “πόσο δομημένο φαίνεται αυτό;” “

READ  Πρέπει να ανησυχώ ότι ένας αστεροειδής χτυπά τη Γη;

Ξεκινώντας από τύχη

Για να ξεκινήσουν τις δομικές τους ψευδαισθήσεις, οι ερευνητές δημιούργησαν πολυάριθμες πρωτεΐνες που αποτελούνταν από 100 τυχαία αμινοξέα και τις εισήγαγαν στο λογισμικό trRosetta. Όπως αναμενόταν, όλες οι πρωτεΐνες ήταν αρχικά αδόμητες. Στη συνέχεια, για κάθε μία από τις 100 αλληλουχίες, ένα αμινοξύ επιλέχθηκε τυχαία και αντικαταστάθηκε με ένα διαφορετικό αμινοξύ το οποίο επιλέχθηκε επίσης τυχαία. Στη συνέχεια, η trRosetta πραγματοποίησε μια εκ νέου ανάλυση και τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν. οποιεσδήποτε αλλαγές που έκαναν τα πράγματα πιο δομημένα παρακρατήθηκαν.

Με περίπου 20.000 επαναλήψεις αυτής της διαδικασίας, η συμπαγής διάταξη των αμινοξέων σε αυτές τις παραισθήσεις ήταν παρόμοια στη φύση με αυτή των συνηθισμένων πρωτεϊνών. Αλλά, κρίσιμα, οι αλληλουχίες αμινοξέων δεν έμοιαζαν με αυτές των γνωστών πρωτεϊνών. Οι ίδιες οι δομές είτε. Στις πρωτεΐνες που χρησιμοποιούνται από τη ζωή, υπάρχουν συχνά βρόχοι κακώς δομημένων αμινοξέων που εκτελούν βασικές λειτουργίες. Αλλά οι παραισθήσεις δεν επιλέχθηκαν για τη λειτουργία τους. επιλέχθηκαν για τη συμπαγή τους. Έτσι, αυτού του είδους οι εκτεταμένες μπούκλες δεν βρέθηκαν σε παραισθήσεις.

Υπάρχουν διάφοροι λόγοι για να είμαστε σκεπτικοί ότι οι πραγματικές αλυσίδες αμινοξέων θα σχημάτιζαν αυτές τις δομές στον πραγματικό κόσμο. Το trRosetta δεν είναι το πιο πρόσφατο και καλύτερο λογισμικό πρόβλεψης δομής που έχει γίνει όλα τα πρωτοσέλιδα. Και η trRosetta εκπαιδεύτηκε να κατανοεί τη δομή εν μέρει αξιολογώντας τις εξελικτικές σχέσεις. Αυτές οι πρωτεΐνες είναι ολοκαίνουργιες και δεν έχουν εξελικτικούς συγγενείς. Η διαδικασία θα λειτουργούσε μόνο εάν το νευρωνικό δίκτυο που χρησιμοποιήθηκε στο trRosetta είχε συναγάγει τις αρχές της δομής της πρωτεΐνης από αυτές τις εξελικτικές σχέσεις.

READ  Ο οστεοπαθητικός Μπρέντον Τάλμποτ μοιράζεται τη μυστική του άσκηση για την ενίσχυση του πυρήνα και του κάτω μέρους της πλάτης

Ο μόνος τρόπος για να μάθετε αν λειτούργησε είναι να φτιάξετε τις πραγματικές πρωτεΐνες και να δείτε πώς μοιάζουν. Έτσι, η ερευνητική ομάδα συγκέντρωσε γονίδια που κωδικοποιούν 129 παραισθησιογόνες πρωτεΐνες.

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται.