هوش مصنوعی به لطف کارهایی که اخیراً توسط محققان دانشگاه فناوری چالمرز ، سوئد منتشر شده است ، اکنون قادر به تولید پروتئین های جدید و عملکردی فعال است.

الكسج زلزنیاك ، دانشیار گروه زیست شناسی و مهندسی بیولوژیك در چالمرز می گوید: "آنچه كه ما در حال حاضر قادر به نشان دادن آن هستیم ، پتانسیل خارق العاده ای را برای تعدادی از برنامه های آینده مانند توسعه سریعتر و مقرون به صرفه داروهای مبتنی بر پروتئین فراهم می كند."  .

پروتئین ها مولکول های بزرگ و پیچیده ای هستند که نقش اساسی در تمام سلول های زنده دارند ، مولکول های دیگر را به طور طبیعی در سلول های ما ایجاد ، اصلاح و تجزیه می کنند.  آنها همچنین به طور گسترده ای در فرآیندهای صنعتی و محصولات ، و در زندگی روزمره ما استفاده می شود.

داروهای مبتنی بر پروتئین بسیار رایج هستند - داروی دیابت انسولین یکی از داروهای تجویز شده است.  برخی از گرانترین و م medicثرترین داروهای سرطانی نیز مبتنی بر پروتئین و همچنین فرمولهای آنتی بادی هستند که در حال حاضر برای درمان COVID-19 استفاده می شود.

از طراحی کامپیوتر گرفته تا پروتئین های فعال فقط در چند هفته

روشهای فعلی مورد استفاده برای مهندسی پروتئین متکی بر معرفی جهشهای تصادفی به توالیهای پروتئینی است.  با این وجود ، با معرفی هر جهش تصادفی اضافی ، فعالیت پروتئین کاهش می یابد.

الكسج زلزنیاك ، رهبر تحقیق ، می گوید: "در نتیجه ، باید چندین مرحله آزمایش بسیار گران و زمانبر انجام شود ، میلیون ها نوع مختلف از غربالگری انجام شود تا پروتئین ها و آنزیم هایی ساخته شود كه سرانجام با آنهایی كه در طبیعت وجود دارد متفاوت باشند."

"این روند مهندسی بسیار کند است ، اما اکنون ما یک روش مبتنی بر هوش مصنوعی داریم که می توانیم فقط در عرض چند هفته از طراحی کامپیوتر به پروتئین کار کنیم."

نتایج جدید محققان چالمرز اخیراً در مجله Nature Machine Intelligence منتشر شده است و نشان دهنده دستیابی به موفقیت در زمینه پروتئین های مصنوعی است.  گروه تحقیقاتی الكسج زلزنیاك و همكارانش روشی مبتنی بر هوش مصنوعی به نام ProteinGAN را ایجاد كرده اند كه از رویكرد یادگیری عمیق مولد استفاده می كند.

در حقیقت ، هوش مصنوعی با مقدار زیادی داده از پروتئین های خوب مطالعه شده ارائه می شود.  این داده ها را مطالعه می کند و سعی در ایجاد پروتئین های جدید بر اساس آن دارد.

در همان زمان ، قسمت دیگری از هوش مصنوعی سعی می کند بفهمد پروتئین های مصنوعی تقلبی هستند یا خیر.  پروتئین ها در سیستم به عقب و جلو فرستاده می شوند تا زمانی که هوش مصنوعی نتواند پروتئین های طبیعی و مصنوعی را از هم جدا کند.

این روش برای ایجاد عکس و فیلم از افرادی که وجود ندارند به خوبی شناخته شده است ، اما در این مطالعه از آن برای تولید انواع پروتئین بسیار متنوع با ویژگی های فیزیکی طبیعی مانند استفاده شده است که می تواند برای عملکرد آنها آزمایش شود.

پروتئین هایی که به طور گسترده در محصولات روزمره استفاده می شود همیشه کاملاً طبیعی نیستند بلکه از طریق بیولوژیک مصنوعی و تکنیک های مهندسی پروتئین ساخته می شوند.  با استفاده از این تکنیک ها ، توالی های پروتئینی اصلی به امید ایجاد انواع پروتئین مصنوعی جدید که کارآمدتر ، پایدار و متناسب با کاربردهای خاص باشند ، اصلاح می شوند.  رویکرد جدید مبتنی بر هوش مصنوعی برای تولید آنزیم های صنعتی کارآمد و همچنین درمان های مبتنی بر پروتئین مانند آنتی بادی و واکسن از اهمیت برخوردار است.

یک مدل مقرون به صرفه و پایدار

استادیار مارتین Engqvist ، همچنین از گروه زیست شناسی و مهندسی زیست شناسی ، در طراحی آزمایشات آزمایش پروتئین های سنتز شده با هوش مصنوعی نقش داشت.

"سرعت بخشیدن به سرعت پروتئین های مهندسی برای کاهش هزینه های توسعه کاتالیزورهای آنزیمی بسیار مهم است. این کلید تحقق فرآیندهای صنعتی و محصولات مصرفی پایدار با محیط زیست است و مدل هوش مصنوعی ما و همچنین مدل های آینده این امکان را فراهم می کند.  کار ما در این زمینه سهمی حیاتی است "می گوید مارتین انگکوویست.

الكسج زلزنیاك می گوید: "این نوع كار فقط در نوع محیط چند رشته ای كه در بخش ما وجود دارد - در رابط علوم رایانه و زیست شناسی امكان پذیر است. ما شرایط كاملی برای آزمایش تجربی خواص این پروتئین های طراحی شده توسط هوش مصنوعی داریم".

گام بعدی برای محققان این است که چگونه می توان از این فناوری برای بهبودهای خاص در خصوصیات پروتئین مانند افزایش پایداری استفاده کرد ، چیزی که می تواند برای پروتئین های مورد استفاده در فناوری صنعتی سود زیادی داشته باشد.

این مطالعه با همکاری دانشگاه صنعتی چالمرز ، مرکز علوم زندگی دانشگاه ویلنیوس در لیتوانی و شرکت Biomatter Designs انجام شده است.