حل یک معمای ۵۰ ساله برای درمان بیماری‌ها!

به گزارش تجهیز نیوز و به نقل از خبر فوری و ایسنا هوش مصنوعی “دیپ مایند” در جدیدترین دستیابی به موفقیت خود می‌تواند به طور دقیق نحوه تاشوندگی پروتئین ها را پیش‌بینی کند و این معمای ۵۰ ساله را که به درمان انواع بیماری‌ها منتهی خواهد شد، حل کند.

شرکت “دیپ مایند” (DeepMind) متعلق به شرکت مادر گوگل یعنی “الفبت” شاید بیشتر به خاطر ساخت و توسعه هوش مصنوعی که می‌تواند گیمرهای حرفه‌ای را شکست دهد، شناخته شده باشد، اما این شرکت امروز دستیابی به یک موفقیت مهم‌تر و شاید حیاتی‌تر را اعلام کرده است.

سیستم هوش مصنوعی “آلفا فولد ۲”(AlphaFold ۲) به عنوان بخشی از کار خود برای چهاردهمین ارزیابی حیاتی از پیش‌بینی ساختار پروتئین یا “CASP”، نشان داده است که می‌تواند حدس بزند که پروتئین‌های خاص چگونه با دقت شگفت‌انگیزی خود را جمع یا تا می‌کنند.

پروفسور “جان مولت” رئیس CASP و یکی از بنیانگذاران آن گفت: ما تقریباً ۵۰ سال است که درگیر این مسئله هستیم که پروتئین‌ها چگونه تا می‌شوند؟ دیدن اینکه “دیپ مایند” راه حلی برای این مسئله یافته است، لحظه بسیار خاصی است.

تاشدگی پروتئین یک فرآیند فیزیکی است که در آن یک زنجیره پروتئین ساختار سه بعدی خود را به دست می آورد. این ساختار که به طور معمول از لحاظ بیولوژیکی دارای عملکردی سریع و قابل تکرار است و در حقیقت عامل ایجاد پروتئین بیماری‌های مختلف از جمله انواع سرطان و حتی کووید-۱۹ است.

اما “آلفا فولد” چگونه مسئله “تاشوندگی پروتئین” را حل کرده است و این دقیقا چه معنایی می‌دهد و چگونه می‌توانیم از آن بهره ببریم؟ برای شروع به پاسخ به این سوالات باید نگاه دقیق‌تری به خود پروتئین‌ها داشته باشیم. همانطور که معلم زیست شناسی شما ممکن است گفته باشد، پروتئین‌ها عناصر سازنده زندگی هستند که مسئول عملکردهای بیشماری در داخل و خارج از بدن انسان هستند. هر یک از آنها به عنوان یک مجموعه از آمینو اسیدها به هم متصل شده و در یک زنجیره قرار می‌گیرند، اما طولی نمی‌کشد(گاهی اوقات فقط چند میلی ثانیه) تا مسائل پیچیده شود. برخی از قسمت‌های زنجیره اسیدهای آمینه به مارپیچ تبدیل می‌شوند و دیگر قسمت‌ها بر روی خود جمع می‌شوند و به دور خود تا می‌خورند. طولی نمی‌کشد که همه این قسمت‌ها به هم می پیوندند و به ساختار نهایی پروتئین تبدیل می‌شوند و این همان چیزی است که به پروتئین توانایی انجام کارهای خاص مانند انتقال اکسیژن در بدن یا تقویت ساختار استخوان‌ها را می‌دهد.

به عبارت دیگر، شکل پروتئین‌ها به معنی همه چیز در آنهاست و محققان دهه‌ها تلاش کرده‌اند تا راهی برای تعیین ساختار نهایی و چین خوردگی و تاشوندگی پروتئین‌ها صرفا بر اساس آمینو اسیدهای تشکیل دهنده آنها پیدا کنند. این همان جایی است که “CASP” وارد عمل شده است. این برنامه از سال ۱۹۹۴ به عنوان یک نقطه کانونی برای تیم‌های تحقیقاتی مختلف در سراسر جهان آغاز شده است تا این معما را در مورد پروتئین‌ها حل کنند.

در حالی که برنامه “CASP” به مدت ۲۶ سال است که در حال اجراست، جامعه علمی در چند سال گذشته توانسته است پیشرفت‌های کوانتومی و فناوری یادگیری ماشینی را در قدرت محاسبات خود برای حل این چالش دخیل کند. در مورد “دیپ مایند”، این کار شامل آموزش مدل پیش‌بینی “آلفا فولد ۲” با حدود ۱۷۰ هزار ساختار پروتئین شناخته شده همراه با تعداد زیادی توالی پروتئین است که ساختارهای سه بعدی هنوز نامشخصی دارند. در حال حاضر تنها ۲۰۰ میلیون پروتئین  شناخته شده هستند، اما شیوه کارکرد و فعالیت تعداد اندکی از آنها درک شده است. 

متخصصان معتقدند این برنامه کارآمد، تغییرات بنیادینی در شیوه درمان بیماری‌ها به وجود خواهد آورد.

“دیپ مایند” در آزمایشات “آلفا فولد” شکل دوسوم پروتئین‌ها را با دقت بالا و مشابه با شرایط آزمایشگاهی مشخص کرده است. همه اینها به نظر چشمگیر می‌آید و مطمئناً هم همین‌طور است، اما هنوز کارهای زیادی برای انجام وجود دارد. به طور کلی، نتایج “آلفا فولد” نشان دهنده یک پیشرفت چشمگیر در مقایسه با سال‌های گذشته است و همانطور که گفته شد، برخی از پیش‌بینی‌های “دیپ مایند” به اندازه کافی دقیق هستند تا بتوانند با نتایج تجربی در سطح اتمی رقابت کنند.

“مولت” می‌گوید: پروتئین‌ها مولکول‌های پیچیده‌ای هستند و ساختار سه بعدی آنها نقش مهمی در عملکردشان دارد. حتی تنظیمات ظریف این مولکول‌ها تاثیراتی مهلک روی سلامتی انسان‌ها دارد.

وی افزود: “دیپ مایند” هنوز به طور کامل مشکل تاشدگی پروتئین را حل نکرده است، اما بسیار به آن نزدیک شده است.

به گفته محققان این برنامه هنوز راه درازی در پیش دارد و کارهای بسیاری مانند بررسی تشکیل پروتئین‌های پیچیده و شیوه واکنش آنها با دی ان ای باید انجام شود.

منبع: خبر فوری و ایسنا