Вештачката интелигенција веќе неколку години успешно го решава предизвикот на предвидување на тридимензионалната структура на протеините – комплексни молекули кои се клучни за сите живи организми. Сега, со достапноста на следната генерација алатки, истражувачите ја користат оваа технологија за решавање на биолошки предизвици кои претходно беа тешки или невозможни.
Тим во кој учествува и Дејвид Бејкер од Универзитетот во Вашингтон, кој минатиот месец ја прими својата Нобелова награда во Стокхолм, користел софтверски алатки за дизајнирање целосно нови протеини што можат да инхибираат дел од токсините во змискиот отров. Иако резултатите не се целосно успешни, оваа работа покажува како новите софтверски алатки им овозможуваат на истражувачите да се справат со предизвици што инаку би биле исклучително тешки или невозможни.
Блокирање на токсините во змискиот отров
Змискиот отров содржи сложен микс од токсини, претежно протеини, кои напаѓаат различни аспекти на организмот на жртвата. Во моментов, примарниот третман против змиски каснувања се антитела добиени преку инјектирање на безопасни количини од отровните протеини во животни. Оваа метода, сепак, има недостатоци: антителата мора да се чуваат во фрижидери, имаат краток рок на траење и нивното производство бара постојано користење на животни.
Истражувачите бараат решение во помали, постабилни протеини кои можат да се произведуваат во бактерии и да се користат како антивеном што не бара ладење – што е особено значајно за третман во рурални средини каде што се случуваат најмногу змиски каснувања.
Новото истражување не нуди целосно решение за проблемот, туку се фокусира на една специфична група токсични протеини наречени „токсини со три прста“. Оваа група е главна компонента на отровот на опасни змии како мамби, тајпани и кобри. Иако се релативно мали, овие токсини предизвикуваат два различни вида оштетувања:
- Некои токсини ја нарушуваат клеточната мембрана и предизвикуваат општа токсичност.
- Други блокираат рецептори за невротрансмитерот ацетилхолин, што доведува до невротоксични ефекти.
Бидејќи двата механизми на дејство се различни, истражувачите ги проучувале одделно.
Блокирање на невротоксините
Невротоксичните „трипрсти“ протеини се специјализирани за врзување и блокирање на ацетилхолинските рецептори, што доведува до парализа. Нивната структура се заснова на три спирални секвенци од аминокиселини кои се испреплетуваат.
За да го неутрализираат овој токсин, научниците користеле вештачка интелигенција – конкретно алатката RFdiffusion, дел од Rosetta Fold софтверот за предвидување на протеински структури. Овој модел идентификувал нови протеински нишки кои можат да се вклопат и да се сврзат со токсичните протеини. Потоа, друг AI софтвер, ProteinMPNN, бил користен за да се предвиди точниот аминокиселински состав на новите протеини.
Истражувачите ги тестирале најперспективните 44 кандидати, а најсилниот бил избран за понатамошни испитувања. Вештачката интелигенција потоа предложила варијации кои можат уште подобро да се врзат за токсините – и околу 15% од овие мутации покажале подобрени својства.
Следниот чекор бил лабораториско производство на најсилниот инхибиторски протеин и токсинот, по што била анализирана нивната интеракција. Софтверските предвидувања се покажале како многу точни.
Во завршната фаза, мешавина од токсин и новиот протеин биле инјектирани во глувци, при што инхибиторот обезбедил целосна заштита – сè додека бил присутен во петкратен однос во однос на токсинот. Дури и ако бил инјектиран 30 минути по токсинот, ефектот бил доволно силен за да обезбеди значителна заштита.
Мешани резултати кај токсините што убиваат клетки
Друга подгрупа на „трипрсти“ токсини директно уништува клетки со разградување на нивните мембрани. Овие токсини ги испуштаат кобрите, дури и без да каснат жртва.
Истражувачите користеле сличен пристап за создавање инхибитори против оваа група. Протеините што ги дизајнирале покажале силна интеракција со токсините, но за жал, не успеале да ја намалат штетата на клетките во тестирањата со глувци. Ова сугерира дека научниците можеби не ја таргетирале вистинската област на токсините, па затоа го стопирале овој дел од истражувањето, барем засега.
Потенцијал за идни иновации
Иако ова истражување не нуди комплетно решение за неутрализирање на змискиот отров, тоа претставува доказ дека AI алатките можат драматично да ги забрзаат и подобрат биолошките истражувања.
Пред појавата на овие софтверски технологии, дизајнирањето на соодветни протеини ќе било речиси невозможно или би барало години експериментирање. Со оваа нова генерација AI алатки, научниците можат значително да ги скратат временските рамки за развој на иновативни биолошки терапии, што може да има големо влијание во иднината.
Извор: ArsTechnica
