Иллюстрация: University of Basel, Biozentrum
Проблема сворачивания белков — загадка, над которой научное сообщество билось 50 лет. Английская компания DeepMind создала искусственный интеллект AlphaFold, который может предсказать структуру белка с точностью до атома.
DeepMind известна разработкой алгоритмов машинного обучения, которые умеют обыгрывать людей в шахматы и компьютерные игры. Теперь компания решила сосредоточиться на решении проблем, которые влияют на развитие науки и медицины.
Белки — это сложные молекулы, состоящие из цепочек аминокислот.
Уникальная трехмерная структура белка определяет, что именно он делает. Поэтому понимание этой структуры поможет разрабатывать лекарства и останавливать распространение инфекций, что особенно актуально во время пандемии
В 1972 году американский биохимик Кристиан Анфинсен в своей нобелевской речи высказал предположение, что теоретически аминокислотная последовательность белка должна полностью определять его структуру. С этого дня несколько поколений ученых пытались создать программу, которая могла бы предсказать трехмерную форму на основе одномерной аминокислотной последовательности.
Перед ними стояла важная цель — дополнить и заменить сложнейшие эксперименты. Все это время биологи использовали ядерный магнитный резонанс и рентгеновскую кристаллографию. Поэтому каждое исследование занимало годы и требовало специального оборудования стоимостью в несколько миллионов долларов.
Сегодня науке известно более 200 миллионов белков, но только 170 тысяч аминокислотных последовательностей расшифрованы и внесены в общедоступную базу. Именно на этих данных обучался искусственный интеллект AlphaFold.
Главная проблема заключалась в том, что количество способов, которыми может свернуться обычный белок, – это даже не не миллионы и не миллиарды, а число с 300-ми нулями. Чтобы перечислить все возможные конфигурации, потребуется больше времени, чем существует наша Вселенная. Парадокс в том, что в природе белки сворачиваются спонтанно — за миллисекунды.
В 1994 году два профессора — Джон Моулт и Кшиштоф Фиделис — основали CASP: глобальное научное сообщество, которое раз в два года оценивает новые методы прогнозирования структуры сворачивания белка.
Чтобы конкурс был максимально честным, они предлагают участникам новые, искусственно синтезированные белки, информации о которых нет в открытых источниках. Программа должна представить результаты для 100 белков, и только тогда эти данные сравнивают с результатами лабораторных работ.
AlphaFold набрала 92,4 балла из 100, что означает, что если искусственный интеллект иногда и ошибается, то не более чем на 0,1 нанометр или ширину атома. Оценка даже в 90 баллов считается почти идеальной — такой, как в экспериментах.
Компания DeepMind заявила, что уже начала сотрудничать с несколькими группами ученых и решила сосредоточиться на таких заболеваниях, как малярия, сонная болезнь и паразитарный лейшманиоз.
В перспективе искусственный интеллект мог бы найти ключ к лечению болезней, вызванных неправильным сворачиванием белков. К ним относятся кистозный фиброз, болезни Гентингтона, Альцгеймера и Паркинсона.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.