Sztuczna inteligencja (AI) coraz śmielej wkracza w obszary nauki, które jeszcze do niedawna wymagały żmudnych eksperymentów laboratoryjnych. Badacze ze Stanford University opracowali nowatorski system komputerowy, który przyspiesza projektowanie nowych enzymów – naturalnych katalizatorów wykorzystywanych w medycynie, przemyśle i ochronie środowiska. Czy to początek nowej ery w biotechnologii?
Czym są enzymy i jak je wykorzystujemy?
Enzymy to naturalne białkowe katalizatory, które w przyrodzie regulują przebieg reakcji chemicznych. Przykładem ich działania jest trawienie pokarmu, ale ich zastosowania wykraczają daleko poza procesy biologiczne. Współczesny przemysł korzysta z enzymów do:
- usuwania toksyn,
- produkcji leków,
- przyspieszania reakcji chemicznych,
- wychwytywania dwutlenku węgla,
- poprawy efektywności detergentów.
Jednak proces odkrywania nowych enzymów do konkretnych celów był dotąd czasochłonny i kosztowny.
Rewolucyjny system z Stanford
Zespół bioinżynierów pod kierownictwem prof. Michaela Jewetta, autora badania opisanego na łamach czasopisma „Nature Communications”, zaprojektował system oparty na uczeniu maszynowym, który znacznie skraca czas potrzebny na opracowanie enzymów. Dzięki nowemu podejściu:
- nie trzeba już produkować enzymów w żywych komórkach,
- proces trwa zaledwie kilka dni, a nie miesiące,
- enzymy są projektowane na podstawie zmutowanych sekwencji DNA modelowanych komputerowo.
Opracowaliśmy proces komputerowy, który pozwala nam projektować enzymy znacznie szybciej. (…) Dzięki temu możemy przeprowadzać te eksperymenty w ciągu kilku dni, zamiast tygodni czy – jak często bywa – miesięcy
– wyjaśnia prof. Jewett.
Kierowana ewolucja i AI
Nowatorskie podejście badaczy opiera się na metodzie zwanej kierowaną ewolucją, która naśladuje naturalne procesy mutacji DNA. Różnica polega jednak na tym, że dzięki AI i komputerom procesy te zachodzą znacznie szybciej.
Ewolucja kierowana to dziedzina rozwijana od dziesięcioleci, która pozwala na zmienianie aminokwasów w celu modyfikacji funkcji białka. My jedynie przyspieszamy ten proces, wykorzystując uczenie maszynowe i komputery
– tłumaczy prof. Jewett.
- Zobacz również: Instytut Badawczy IDEAS – powstanie centrum rozwoju sztucznej inteligencji w Polsce?
Praktyczne zastosowania nowej technologii
Aby udowodnić skuteczność swojej metody, badacze wykorzystali ją do syntezy leku małocząsteczkowego, osiągając 90% wydajności – w porównaniu do wcześniejszych 10%. Dodatkowo równolegle zaprojektowano osiem innych enzymów, co umożliwiło produkcję kolejnych terapeutyków.
Prof. Jewett wskazuje także na potencjalne obszary zastosowań, takie jak:
- degradacja toksyn w środowisku,
- usprawnienie procesów przemysłowych,
- zwiększenie biodostępności białka w żywności.
Można pomyśleć o klasach molekuł, które (…) czynią procesy szybszymi, bezpieczniejszymi i tańszymi
– podkreśla profesor.
Przyszłość projektowania enzymów
Choć technologia wymaga dalszego rozwoju, a naukowcy poszukują do współpracy partnerów biznesowych, to jej potencjał już teraz jest ogromny. Projektowanie enzymów w oparciu o AI może bowiem zrewolucjonizować wiele gałęzi przemysłu i przyczynić się do bardziej zrównoważonego rozwoju.
Więcej informacji na temat badania znajdziesz TUTAJ
Źródło:
- PAP
