Η εταιρεία DeepMind, που ιδρύθηκε από τον ελληνικής καταγωγής επιστήμονα Ντέμη Χασάμπη, κατάφερε για πρώτη φορά στην Ιστορία, με τη μέθοδο της μηχανικής εκμάθησης (Τεχνητή Νοημοσύνη) να αποκρυπτογραφήσει τη δομή κάθε πρωτεΐνης που είναι γνωστή στους επιστήμονες.

Η συγκεκριμένη ανακάλυψη ανοίγει τον δρόμο για την ανάπτυξη νέων φαρμάκων ή και τεχνολογίας, με την οποία θα μπορούν να αντιμετωπιστούν παγκόσμιες προκλήσεις, όπως η επισιτιστική ανασφάλεια και η ρύπανση, υπογραμμίζει ο Guardian.

Οι πρωτεΐνες είναι τα απαραίτητα δομικά στοιχεία όλων των ζωντανών οργανισμών. Κάθε κύτταρο έχει και δημιουργεί πρωτεΐνες και από αυτές εξαρτάται κατά μεγάλο μέρος η υγεία μας. Ως εκ τούτου, η κατανόηση της δομής τους είναι μεγάλης σημασίας για την πρόοδο της ιατρικής. Μέχρι σήμερα, μόνο ένα μικρό μέρος τους είχε αποκρυπτογραφηθεί πλήρως, καθώς είναι εξαιρετικά σύνθετη διαδικασία, για την οποία απαιτούνται υπερυπολογιστές και εξειδικευμένα προγράμματα.

Οι πρωτεΐνες αποτελούνται από αλυσίδες αμινοξέων, οι οποίες είναι διπλωμένες σε διάφορα πολύπλοκα σχήματα. Η τρισδιάστατη δομή τους καθορίζει και σε μεγάλο βαθμό τη λειτουργία τους. Μόλις οι επιστήμονες κατανοήσουν με ποιον τρόπο διπλώνει μία πρωτεΐνη, μπορούν να αρχίσουν να αποκωδικοποιούν τον τρόπο που λειτουργεί, αλλά και πώς μπορούν αλλάζοντας τη δομή της, να παρέμβουν στις λειτουργίες της.

Η πρόβλεψη του σχήματος που θα έπαιρνε μία πρωτεΐνη, ήταν εξαιρετικά δύσκολη μέχρι πρόσφατα, καθώς οι επιστήμονες είχαν αποκρυπτογραφήσει ελάχιστες.

Τα πρώτα βήματα

Τον Νοέμβριο του 2020, η DeepMind είχε ανακοινώσει ότι είχε αναπτύξει ένα πρόγραμμα που ονομάζεται AlphaFold, το οποίο θα μπορούσε να προβλέψει γρήγορα αυτές τις πληροφορίες, χρησιμοποιώντας απλώς έναν αλγόριθμο. Εκτοτε, η εταιρεία έχει διεισδύσει στους γενετικούς κώδικες κάθε οργανισμού, του οποίου το γονιδίωμα έχει ήδη αλληλουχηθεί, και προβλέπει τις δομές εκατοντάδων εκατομμυρίων πρωτεϊνών που συνολικά περιέχουν.

Πέρυσι, η DeepMind δημοσίευσε τις πρωτεϊνικές δομές για 20 είδη, μεταξύ των οποίων και 20.000 πρωτεΐνες που εκφράζονται από τον ανθρώπινο οργανισμό, σε μία ανοιχτή βάση δεδομένων που έχουν πρόσβαση όλοι οι επιστήμονες. Τώρα, ολοκληρώνεται η εργασία και έτσι η εταιρεία έδωσε στην επιστημονική κοινότητα τις προβλεπόμενες δομές από 200 εκατομμύρια πρωτεΐνες!

«Ουσιαστικά μπορείτε να φανταστείτε ότι η εργασία μας καλύπτει ολόκληρο το πρωτεϊνικό σύμπαν. Περιλαμβάνει δομές πρόβλεψης για τα φυτά, τα βακτήρια, τα ζώα και πολλούς άλλους οργανισμούς, ανοίγοντας τεράστιες νέες ευκαιρίες, για να λυθούν σημαντικά ζητήματα της ανθρωπότητας, όπως η βιωσιμότητα, η επισιτιστική ανασφάλεια και οι ασθένειες που δεν έχουν φάρμακα», εξηγεί στον Guardian ο Ντέμης Χασάμπης, διευθύνων σύμβουλος της DeepMind.

Νέα φάρμακα

Οι επιστήμονες έχουν ήδη χρησιμοποιήσει κάποιες από τις προβλέψεις που είχαν κάνει πέρυσι για να βοηθήσουν στην ανάπτυξη νέων φαρμάκων. Τον Μάιο, ερευνητές με επικεφαλής τον καθηγητή Μάθιου Χίγκινς, από το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, ανακοίνωσαν ότι χρησιμοποίησαν τα μοντέλα του AlphaFold, προκειμένου να βοηθήσουν στον προσδιορισμό της δομής μιας βασικής πρωτεΐνης του παρασίτου της ελονοσίας. Στόχος των ειδικών ήταν να ανακαλύψουν πού είναι πιθανό να δεσμευτούν τα αντισώματα που θα μπορούσαν να εμποδίσουν τη μετάδοση του παρασίτου.

«Σε προηγούμενες έρευνες που είχαμε κάνει, χρησιμοποιούσαμε την τεχνική κρυσταλλογραφίας πρωτεΐνης για να προσδιορίσουμε πώς θα μοιάζει αυτό το μόριο. Ομως επειδή είναι αρκετά δυναμικό και κινείται, απλώς δεν μπορέσαμε να λύσουμε το πρόβλημα. Οταν, όμως, πήραμε τα μοντέλα του AlphaFold και τα συνδυάσαμε με αυτά τα πειραματικά δεδομένα, ξαφνικά όλα φάνηκε να έχουν ένα νόημα. Αυτή η γνώση θα χρησιμοποιηθεί τώρα για τον σχεδιασμό βελτιωμένων εμβολίων που προκαλούν τα πιο ισχυρά αντισώματα, ώστε να εμποδίζουν τη μετάδοση των ιών», εξηγεί ο δρ Χίγκινς.

«Χιονοστιβάδα ανακαλύψεων»

Τα μοντέλα του του AlphaFold, έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί από τους επιστήμονες στο Κέντρο Ενζυμικής Καινοτομίας του Πανεπιστημίου του Πόρτσμουθ, προκειμένου οι επιστήμονες να εντοπίσουν ένζυμα από τον φυσικό κόσμο, που θα μπορούσαν να τροποποιηθούν ώστε να είναι κατάλληλα για την πέψη και την ανακύκλωση πλαστικών.

«Οι προβλέψεις της δομής της πρωτεΐνης με το AlphaFold χρησιμοποιούνται ήδη με χιλιάδες τρόπους. Η τελευταία ανάλυση που έκαναν οι επιστήμονες της DeepMind, αναμένω ότι θα πυροδοτήσουν μια χιονοστιβάδα νέων και συναρπαστικών ανακαλύψεων τους επόμενους μήνες και χρόνια. Και όλα αυτά χάρη στο γεγονός ότι τα δεδομένα είναι διαθέσιμα για όλους και ανοιχτά προς χρήση», καταλήγει η Νταμ Τζάνετ Θόρντον, επικεφαλής της ομάδας ειδικών στο Ευρωπαϊκό Ινστιτούτο Πληροφορικής του Ευρωπαϊκού Εργαστηρίου Μοριακής Βιολογίας.

Ακολουθήστε το Protagon στο Google News