Google’ın yan kuruluşu DeepMind’in bir keşfi duyurmasının üzerinden neredeyse üç yıl geçti: AlphaFold sinir ağı, bugüne kadar bilinen neredeyse tüm proteinlerin üç boyutlu yapısını belirlemeyi başarmıştı. Keşif, yalnızca protein katlanması alanında bir atılım değildi. Ayrıca makine öğrenimi ve yapay zekanın tıp için potansiyelini de gösterdi.
Washington Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, Nature dergisinde yayınlanan yakın tarihli bir çalışmada bu bilgiyi kullandılar. Mevcut proteinlerin yapısını baz diziliminden hesaplamak yerine yapay bir zekadan yeni proteinler yaratmasını istedi. Yani sözde lusiferazlar – bunlar kimyasal reaksiyon yoluyla biyolüminesansa neden olan enzimlerdir. Diğer şeylerin yanı sıra, ateşböceklerinin parlamasını sağlarlar.
Moleküler, “Doğal olarak oluşan enzimlere güvenmek yerine bilgisayarda sıfırdan çok verimli enzimler geliştirebildik. Bu buluş, prensip olarak, neredeyse her kimyasal reaksiyona uygun enzimler geliştirmenin mümkün olduğu anlamına geliyor” diyor. çalışmayı yöneten biyolog Andy Hsien-Wei Yeh.
AI, 1.600 eşleşen protein yapısını keşfeder
Yeni enzimler, diğer şeylerin yanı sıra, tanısal görüntülemede, örneğin geleneksel yöntemlerle gerçekleştirilmesi zor veya imkansız olan biyokimyasal reaksiyonları görünür kılmak için hücrelerdeki veya tıptaki süreçleri incelemek için kullanılabilir. Biyolüminesans kullanan teşhis nispeten genç bir teknolojidir, ancak büyük bir potansiyele sahip olduğu söylenmektedir. Geri dönüşüm gibi diğer endüstrilerde de insanlar belirli görevleri yerine getirebilecek yeni enzimler arıyorlar.
Sıfırdan yeni enzimler bulmak şimdiye kadar zordu. Aktif hale gelmeleri için sadece doğru besin ortamına, doğru substrata değil, aynı zamanda sıcaklık ve kimyasallar açısından mükemmel koşullara da ihtiyaçları vardır. Bununla birlikte en önemlisi, enzimler yalnızca doğru proteinlere kilitlenebildiklerinde amaçlanan şekilde çalışırlar ve bu da proteinlerin 3B yapısına bağlıdır.
Araştırmacılar, çalışmaları için organizmalarda ışık üretmek için kullanılan bir madde olan difenil terazini (DTZ) hedef substrat olarak kullandılar. Bir sonraki adım, biyolüminesansa neden olan kimyasal reaksiyonu tetiklemek için DTZ’lere kilitlenebilen enzimler bulmaktı. Yapay zeka burada devreye girdi: Araştırmacılar, protein yapılarını tahmin etmek için tasarlanmış bir sinir ağı olan trRosetta’yı kullanarak, DTZ ile potansiyel olarak reaksiyona girebilecek yaklaşık 1.600 protein yapı iskelesini “halüsinasyon” gördüler.
Işık hücreleri çıplak gözle görülebilir
Sonuçları test etmek için ekip, önerilen iskeleleri özenle DNA’da kodladı ve ardından yapay zekanın önerdiği enzimlerin DTZ ile birleştirildiğinde gerçekten ışık üretip üretmediğini görmek için bunları bakterilere enjekte etti.
Sonunda “kazanan”, uzmanların LuxSit (Latince “Işık olsun”) adını verdiği yeni bir lusiferaz oldu. Daha sonra optimize edilmiş bir sürüm olan LuxSit-i, hücrelerin ışığın çıplak gözle görülebileceği kadar parlak bir şekilde parlamasını sağladı. Ayrıca çok kararlıydı ve 95 santigrat derecede bile yapısını korudu.
Nature’da yayınlanan ve halihazırda bir emsal değerlendirme sürecinden geçmiş olan çalışma, “Biyotıpta geniş uygulamalarla sıfırdan yüksek düzeyde aktif ve spesifik biyokatalizörler geliştirmek, hesaplamalı enzim tasarımı için önemli bir kilometre taşıdır” diyor. Sinir ağlarının yardımıyla, çeşitli farklı görevleri yerine getirebilen ve farklı ışık türleri yayarak hücresel süreçleri görünür kılan spesifik enzimler geliştirilebilir.
(bsc)
Haberin Sonu
Washington Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, Nature dergisinde yayınlanan yakın tarihli bir çalışmada bu bilgiyi kullandılar. Mevcut proteinlerin yapısını baz diziliminden hesaplamak yerine yapay bir zekadan yeni proteinler yaratmasını istedi. Yani sözde lusiferazlar – bunlar kimyasal reaksiyon yoluyla biyolüminesansa neden olan enzimlerdir. Diğer şeylerin yanı sıra, ateşböceklerinin parlamasını sağlarlar.
Moleküler, “Doğal olarak oluşan enzimlere güvenmek yerine bilgisayarda sıfırdan çok verimli enzimler geliştirebildik. Bu buluş, prensip olarak, neredeyse her kimyasal reaksiyona uygun enzimler geliştirmenin mümkün olduğu anlamına geliyor” diyor. çalışmayı yöneten biyolog Andy Hsien-Wei Yeh.
AI, 1.600 eşleşen protein yapısını keşfeder
Yeni enzimler, diğer şeylerin yanı sıra, tanısal görüntülemede, örneğin geleneksel yöntemlerle gerçekleştirilmesi zor veya imkansız olan biyokimyasal reaksiyonları görünür kılmak için hücrelerdeki veya tıptaki süreçleri incelemek için kullanılabilir. Biyolüminesans kullanan teşhis nispeten genç bir teknolojidir, ancak büyük bir potansiyele sahip olduğu söylenmektedir. Geri dönüşüm gibi diğer endüstrilerde de insanlar belirli görevleri yerine getirebilecek yeni enzimler arıyorlar.
Sıfırdan yeni enzimler bulmak şimdiye kadar zordu. Aktif hale gelmeleri için sadece doğru besin ortamına, doğru substrata değil, aynı zamanda sıcaklık ve kimyasallar açısından mükemmel koşullara da ihtiyaçları vardır. Bununla birlikte en önemlisi, enzimler yalnızca doğru proteinlere kilitlenebildiklerinde amaçlanan şekilde çalışırlar ve bu da proteinlerin 3B yapısına bağlıdır.
Araştırmacılar, çalışmaları için organizmalarda ışık üretmek için kullanılan bir madde olan difenil terazini (DTZ) hedef substrat olarak kullandılar. Bir sonraki adım, biyolüminesansa neden olan kimyasal reaksiyonu tetiklemek için DTZ’lere kilitlenebilen enzimler bulmaktı. Yapay zeka burada devreye girdi: Araştırmacılar, protein yapılarını tahmin etmek için tasarlanmış bir sinir ağı olan trRosetta’yı kullanarak, DTZ ile potansiyel olarak reaksiyona girebilecek yaklaşık 1.600 protein yapı iskelesini “halüsinasyon” gördüler.
Işık hücreleri çıplak gözle görülebilir
Sonuçları test etmek için ekip, önerilen iskeleleri özenle DNA’da kodladı ve ardından yapay zekanın önerdiği enzimlerin DTZ ile birleştirildiğinde gerçekten ışık üretip üretmediğini görmek için bunları bakterilere enjekte etti.
Sonunda “kazanan”, uzmanların LuxSit (Latince “Işık olsun”) adını verdiği yeni bir lusiferaz oldu. Daha sonra optimize edilmiş bir sürüm olan LuxSit-i, hücrelerin ışığın çıplak gözle görülebileceği kadar parlak bir şekilde parlamasını sağladı. Ayrıca çok kararlıydı ve 95 santigrat derecede bile yapısını korudu.
Nature’da yayınlanan ve halihazırda bir emsal değerlendirme sürecinden geçmiş olan çalışma, “Biyotıpta geniş uygulamalarla sıfırdan yüksek düzeyde aktif ve spesifik biyokatalizörler geliştirmek, hesaplamalı enzim tasarımı için önemli bir kilometre taşıdır” diyor. Sinir ağlarının yardımıyla, çeşitli farklı görevleri yerine getirebilen ve farklı ışık türleri yayarak hücresel süreçleri görünür kılan spesifik enzimler geliştirilebilir.
(bsc)
Haberin Sonu