DISCO, enzim tasarımındaki engelleri aşarak doğada benzeri olmayan proteinler üretti.
Kısaca
Caltech ve Mila'nın geliştirdiği yeni bir yapay zeka modeli olan DISCO, biyolojide daha önce hiç görülmemiş reaksiyonlar için işlevsel enzimler tasarlıyor ve tek bir hesaplama adımında yıllarca süren laboratuvar evrimini geride bırakıyor.
Araştırmacılardan oluşan bir ekip California Institute of Technology (Caltech), Quebec Yapay Zeka Enstitüsü Mila ve önde gelen birçok akademik kurum, doğada bulunmayan kimyasal reaksiyonlar için tamamen yeni enzimler tasarlayabilen yeni bir yapay zeka sistemi geliştirdi. Bu gelişme, ilaç keşfi, endüstriyel kimya ve sentetik biyoloji gibi alanlarda, tarihsel olarak doğal evrimin sınırlarıyla kısıtlanan ilerleme için potansiyel bir dönüm noktası olarak görülüyor.
adı verilen sistem DİSKO —Difüzyon for Sequence-structure CO-design'ın kısaltması olan— bir proteinin hem amino asit dizisini hem de üç boyutlu yapısını eş zamanlı olarak oluşturmak üzere tasarlanmıştır. Geleneksel yöntemlerin aksine, önceden bilgi gerektirmez.defiKatalitik mekanizmalar veya aktif bölge konfigürasyonları hakkında varsayımlara dayanmaz. Bunun yerine, kendisine yalnızca hedef bir molekül verilir ve o molekülle etkileşime girebilen bir protein modelini bağımsız olarak oluşturur.
Bu araştırma çalışması, Caltech, Mila, Université de Montréal, McGill Üniversitesi, Cambridge Üniversitesi, Oxford ve Imperial College London dahil olmak üzere birçok kurumu kapsamakta olup, Nobel ödüllü Frances Arnold'ı da ilgili yazarları arasında bulundurarak projenin köklü enzim mühendisliği araştırmalarıyla güçlü bağlantısını yansıtmaktadır.
Enzimlerin Şimdiye Kadar Tasarlanma Biçimindeki Sorun
Enzim tasarımı geleneksel olarak hem doğal evrimin hem de hesaplamalı metodolojinin kısıtlamalarıyla sınırlı kalmıştır. Biyolojik evrim son derece verimli katalizörler üretmiş olsa da, olası kimyasal dönüşümlerin yalnızca nispeten dar bir alt kümesini keşfetmiştir. Endüstriyel veya farmasötik uygulamalar için son derece değerli olan birçok reaksiyon, doğal ortamlarda hiçbir zaman seçilmedikleri için biyolojide yer almamaktadır.
Geleneksel hesaplama yaklaşımları da yapısal sınırlamalarla karşı karşıya kalmıştır. En önemli kısıtlamalardan biri, gerekliliktir: defiKatalitik kalıntı düzenlemelerinin önceden belirlenmesi, genellikle yeni reaksiyonlar için mevcut olmayan ayrıntılı mekanistik bilgiyi varsayar. Bir diğer sınırlama ise protein tasarımının ardışık adımlara ayrılmasıdır; burada dizi ve yapı bağımsız olarak ele alınır. Bu ayrım, enzimatik işlevin ikisi arasındaki bütünleşik ilişkiye bağlı olması nedeniyle bilgi kaybına yol açabilir.
DISCO, dizi ve yapıyı birleşik bir çerçeve içinde birlikte modelleyerek bu kısıtlamaların üstesinden gelmek üzere tasarlanmıştır. Sistem, amino asit dizilerini ve atomik koordinatları tek bir işlemde birlikte oluşturarak, yapısal ve işlevsel ilişkilerin önceden dayatılmak yerine üretim sırasında ortaya çıkmasına olanak tanır. Bu yaklaşım, sistemin önceden tasarlanmış katalitik şablonlara veya insan-defiaktif bölgeler.
Yıllarca Süren Yönlendirilmiş Evrimden Daha İyi Sonuç Veren Laboratuvar Bulguları
DISCO'nun deneysel doğrulaması, bilinen biyolojik sistemlerde meydana gelmeyen ancak modern sentetik kimya, özellikle de ilaç sentezi için son derece önemli olan bir reaksiyon sınıfı olan karben transfer kimyasına odaklanmıştır.
Bilgisayar ortamında oluşturulan yaklaşık 20,000 enzim adayından 90 tanesi dört farklı reaksiyon türünde laboratuvar testleri için seçildi. Sonuçlar, hem doğal olarak evrimleşmiş enzimlere hem de daha önce tasarlanmış yapay sistemlere kıyasla güçlü bir performans sergilediğini gösterdi.
Referans niteliğindeki bir siklopropanlama reaksiyonunda, en yüksek performans gösteren DISCO tasarımı enzim, %72 verimle toplam 4,050 dönüşüm gerçekleştirerek hem erken dönemde tasarlanmış sitokrom P450 varyantlarını hem de yapılandırılmış katalitik şablonlara dayanan daha önce yayınlanmış hesaplamalı enzim tasarımlarını geride bıraktı. Bir karbon-bor bağ oluşumu reaksiyonunda, tek bir optimize edilmemiş DISCO tasarımı, daha önce birden fazla yönlendirilmiş evrim turu gerektiren performans seviyelerini aşarak, temel aktiviteye göre önemli bir artış sağladı. Bir karbon-hidrojen ekleme reaksiyonunda, sistem daha önce laboratuvar evriminin birçok döngüsünde ulaşılan sonuçları tek bir hesaplamalı adımda elde etti.
Katalitik performansın ötesinde, tasarımlar yapısal yenilik de sergiledi. Büyük ölçekli protein yapısı veritabanlarıyla karşılaştırıldığında, üretilen motiflerin birçoğu bilinen doğal proteinlerle çok az veya hiç benzerlik göstermedi. En etkili tasarımlardan biri, sınırlı sekans benzerliğine ve bilinen bir enzimatik fonksiyona sahip olmamasına rağmen, aşırı koşullarda yaşayan bir organizmada bulunan katalitik olmayan bir DNA bağlayıcı proteinden türetilmiş gibi görünüyordu. Ortaya çıkan aktif bölge geometrisi, bilinen biyolojik şablonlardan önemli ölçüde farklılaştı; bu da sistemin mevcut protein katlanmalarını tamamen yeni kimyasal amaçlar için yeniden kullanma yeteneğine sahip olduğunu gösteriyor.
Tasarlanan enzimler ayrıca mutasyona karşı da uyum yeteneği sergiledi. Takip eden deneylerde, rastgele mutasyon, birden fazla geliştirilmiş varyant üretti ve bazı durumlarda stereokimyasal sonuçları değiştirdi; bu da üretilen yapıların evrimsel esnekliği koruduğunu gösteriyor. Bu özellik, geleneksel laboratuvar yöntemleriyle daha fazla optimizasyona olanak sağladığı için uzun vadeli pratik uygulama için genellikle çok önemlidir.
Bulgular, enzim tasarımına yaklaşım biçiminde bir değişime işaret ediyor; elle oluşturulan katalitik hipotezlerden, daha fazla evrim için işlevsel başlangıç noktaları üretebilen üretken sistemlere doğru bir geçiş söz konusu. Daha geniş kapsamlı sonuçların tam olarak doğrulanması henüz gerekmekle birlikte, bu çalışma, kimyasal uzayın daha önce keşfedilmemiş bölgelerinin artık bilgisayar ortamında erişilebilir olabileceğine dair artan bir olasılığı vurguluyor.
Feragatname
Doğrultusunda Trust Project yönergeleri, lütfen bu sayfada sağlanan bilgilerin hukuki, vergi, yatırım, finansal veya başka herhangi bir tavsiye niteliğinde olmadığını ve bu şekilde yorumlanmaması gerektiğini unutmayın. Yalnızca kaybetmeyi göze alabileceğiniz kadar yatırım yapmak ve herhangi bir şüpheniz varsa bağımsız finansal tavsiye almak önemlidir. Daha fazla bilgi için şartlar ve koşulların yanı sıra kartı veren kuruluş veya reklamveren tarafından sağlanan yardım ve destek sayfalarına bakmanızı öneririz. MetaversePost doğru, tarafsız raporlamaya kendini adamıştır, ancak piyasa koşulları önceden haber verilmeksizin değiştirilebilir.
Yazar hakkında
Alisa, kendini işine adamış bir gazetecidir. MPostKripto para birimleri, yapay zeka, yatırımlar ve geniş kapsamlı alanlarda uzmanlaşmıştır. Web3. Gelişmekte olan trendlere ve teknolojilere yönelik keskin bir bakış açısıyla, okuyucuları sürekli gelişen dijital finans ortamı hakkında bilgilendirmek ve etkileşime geçirmek için kapsamlı bir kapsam sunuyor.
Daha fazla haber
Alisa, kendini işine adamış bir gazetecidir. MPostKripto para birimleri, yapay zeka, yatırımlar ve geniş kapsamlı alanlarda uzmanlaşmıştır. Web3. Gelişmekte olan trendlere ve teknolojilere yönelik keskin bir bakış açısıyla, okuyucuları sürekli gelişen dijital finans ortamı hakkında bilgilendirmek ve etkileşime geçirmek için kapsamlı bir kapsam sunuyor.
