DISCO ferment dizayni to'sig'ini buzadi va tabiatda tengi bo'lmagan oqsillarni yaratadi
Qisqacha
Caltech va Mila kompaniyalarining yangi AI modeli bo'lgan DISCO biologiyada hech qachon ko'rilmagan reaksiyalar uchun funktsional fermentlarni ishlab chiqadi - bu bitta hisoblash bosqichida laboratoriya evolyutsiyasining ko'p yillik natijalaridan ustun turadi.
Tadqiqotchilar jamoasi Kaliforniya Texnologiyalar Instituti (Kaltex), Kvebek AI instituti Mila va bir qancha yetakchi akademik muassasalar tabiatda mavjud bo'lmagan kimyoviy reaksiyalar uchun mutlaqo yangi fermentlarni loyihalashga qodir bo'lgan yangi AI tizimini joriy etishdi. Ushbu rivojlanish dori vositalarini kashf etish, sanoat kimyosi va sintetik biologiya kabi sohalar uchun potentsial burilish nuqtasi sifatida qaralmoqda, bu sohalarda taraqqiyot tarixan tabiiy evolyutsiya chegaralari bilan cheklangan.
Nomlangan tizim DISKO — ketma-ketlik tuzilishi uchun DIffusion qisqartmasi, CO-dizayn — oqsilning aminokislotalar ketma-ketligini va uch o'lchovli tuzilishini bir vaqtning o'zida yaratish uchun mo'ljallangan. An'anaviy usullardan farqli o'laroq, u oldindan talab qilmaydidefikatalitik mexanizmlar yoki faol markaz konfiguratsiyalari haqida taxminlar. Buning o'rniga, u faqat maqsadli molekula bilan ta'minlangan va u mustaqil ravishda u bilan o'zaro ta'sir qila oladigan oqsil modelini yaratadi.
Tadqiqot ishlari Caltech, Mila, Monreal universiteti, McGill universiteti, Kembrij universiteti, Oksford va Imperial kolleji London kabi bir nechta muassasalarni qamrab oladi va tegishli mualliflar qatoriga Nobel mukofoti sovrindori Frensis Arnold ham kiritilgan, bu loyihaning ferment muhandisligi bo'yicha o'rnatilgan tadqiqotlar bilan mustahkam aloqasini aks ettiradi.
Fermentlarning hozirgi kungacha qanday yaratilganligi bilan bog'liq muammo
Ferment dizayni an'anaviy ravishda tabiiy evolyutsiya va hisoblash metodologiyasining cheklovlari bilan cheklangan. Biologik evolyutsiya yuqori samarali katalizatorlarni ishlab chiqargan bo'lsa-da, u faqat mumkin bo'lgan kimyoviy o'zgarishlarning nisbatan tor qismini o'rganib chiqdi. Sanoat yoki farmatsevtika qo'llanmalari uchun juda qimmatli bo'lgan ko'plab reaksiyalar biologiyada yo'q bo'lib qolmoqda, chunki ular hech qachon tabiiy muhitda tanlanmagan.
An'anaviy hisoblash yondashuvlari ham strukturaviy cheklovlarga duch keldi. Asosiy to'siqlardan biri bu talabdir defikatalitik qoldiqlarni oldindan tartibga solish, bu esa ko'pincha yangi reaksiyalar uchun mavjud bo'lmagan batafsil mexanik bilimlarni talab qiladi. Yana bir cheklov oqsil dizaynini ketma-ketlik va tuzilish mustaqil ravishda ko'rib chiqiladigan ketma-ketlik bosqichlariga ajratishdir. Bu ajratish ma'lumotlarning yo'qolishiga olib kelishi mumkin, chunki fermentativ funktsiya ikkalasi o'rtasidagi integral munosabatlarga bog'liq.
DISCO ushbu cheklovlarni yagona tizimda ketma-ketlik va tuzilishni birgalikda modellashtirish orqali yengib o'tish uchun mo'ljallangan. Tizim aminokislotalar ketma-ketliklari va atom koordinatalarini bitta jarayonda birgalikda yaratadi, bu esa strukturaviy va funktsional munosabatlarni oldindan o'rnatmasdan, balki avlod davomida paydo bo'lishiga imkon beradi. Ushbu yondashuv tizimga oldindan ishlab chiqilgan katalitik chizmalarga yoki insoniy loyihalarga tayanmasdan ma'lum kimyoviy nishonlar uchun fermentlarni taklif qilish imkonini beradi.defifaol saytlar.
Yillar davomida yo'naltirilgan evolyutsiyadan ustun bo'lgan laboratoriya natijalari
DISCO ning eksperimental validatsiyasi karben-transfer kimyosiga qaratilgan bo'lib, bu reaksiyalar sinfi ma'lum biologik tizimlarda sodir bo'lmaydi, ammo zamonaviy sintetik kimyo, ayniqsa farmatsevtika sintezida juda muhimdir.
Taxminan 20 000 ta hisoblash yo'li bilan yaratilgan ferment nomzodlaridan 90 tasi to'rtta reaksiya turi bo'yicha laboratoriya sinovlari uchun tanlab olindi. Natijalar tabiiy ravishda rivojlangan fermentlarga va ilgari yaratilgan sun'iy tizimlarga nisbatan yuqori samaradorlikni ko'rsatdi.
Benchmark siklopropanatsiya reaksiyasida eng yuqori samarali DISCO tomonidan ishlab chiqilgan ferment jami 4,050 ta aylanishga erishdi va 72 foiz hosildorlikka erishdi, bu esa dastlabki ishlab chiqilgan sitoxrom P450 variantlaridan ham, tuzilgan katalitik shablonlarga asoslangan ilgari nashr etilgan hisoblash fermenti dizaynlaridan ham oshib ketdi. Uglerod-bor bog'lanish hosil bo'lish reaksiyasida bitta optimallashtirilmagan DISCO dizayni ilgari yo'naltirilgan evolyutsiyaning bir necha bosqichlarini talab qilgan ishlash darajalaridan oshib ketdi va asosiy faollikka nisbatan sezilarli darajada o'sishga erishdi. Uglerod-vodorod qo'shilish reaksiyasida tizim ilgari laboratoriya evolyutsiyasining ko'plab sikllarini olgan, ammo ularga bitta hisoblash bosqichida erishilgan natijalarga mos keldi.
Katalitik ishlashdan tashqari, dizaynlar strukturaviy yangilikni ham namoyish etdi. Keng ko'lamli oqsil tuzilishi ma'lumotlar bazalari bilan taqqoslaganda, hosil bo'lgan motiflarning ko'pchiligi ma'lum tabiiy oqsillarga deyarli o'xshashlik ko'rsatmadi. Eng samarali dizaynlardan biri ekstremofil organizmda topilgan katalitik bo'lmagan DNK bilan bog'lanadigan oqsildan olingan ko'rinadi, garchi u faqat cheklangan ketma-ketlik o'xshashligiga va ma'lum fermentativ funktsiyaga ega bo'lmasa ham. Olingan faol sayt geometriyasi ma'lum biologik shablonlardan sezilarli darajada farq qildi, bu tizim mavjud oqsil burmalarini butunlay yangi kimyoviy maqsadlar uchun qayta ishlatishga qodirligini ko'rsatadi.
Muhandislik fermentlari mutatsiya ostida ham moslashuvchanlikni namoyish etdi. Keyingi tajribalarda tasodifiy mutagenez bir nechta yaxshilangan variantlarni yaratdi va ba'zi hollarda stereokimyoviy natijalarni o'zgartirdi, bu esa hosil bo'lgan tuzilmalar evolyutsion moslashuvchanlikni saqlab qolishini ko'rsatadi. Bu xususiyat ko'pincha uzoq muddatli amaliy qo'llanilish uchun muhim deb hisoblanadi, chunki u an'anaviy laboratoriya usullari orqali yanada optimallashtirish imkonini beradi.
Bu topilmalar fermentlarni loyihalashga yondashuvning o'zgarishini, qo'lda tuzilgan katalitik gipotezalardan keyingi evolyutsiya uchun funktsional boshlang'ich nuqtalarni yaratishga qodir generativ tizimlarga o'tishni ko'rsatadi. Kengroq oqibatlar hali to'liq tasdiqlanmagan bo'lsa-da, ish ilgari o'rganilmagan kimyoviy fazoviy hududlar endi hisoblash orqali kirish mumkin bo'lishi ehtimoli ortib borayotganini ta'kidlaydi.
Masʼuliyatdan voz kechish
Bunga javoban Ishonch loyihasi bo'yicha ko'rsatmalar, iltimos, ushbu sahifada taqdim etilgan ma'lumotlar yuridik, soliq, investitsiya, moliyaviy yoki boshqa har qanday maslahat shakli sifatida talqin qilinmasligi va talqin qilinmasligini unutmang. Faqat yo'qotishingiz mumkin bo'lgan narsaga investitsiya qilish va agar shubhangiz bo'lsa, mustaqil moliyaviy maslahat olish muhimdir. Qo'shimcha ma'lumot olish uchun biz shartlar va emitent yoki reklama beruvchi tomonidan taqdim etilgan yordam va qo'llab-quvvatlash sahifalariga murojaat qilishni tavsiya qilamiz. MetaversePost to'g'ri, xolis hisobot berish majburiyatini oladi, lekin bozor sharoitlari ogohlantirilmasdan o'zgarishi mumkin.
Muallif haqida
Alisa, ixtisoslashgan jurnalist MPost, kripto, AI, investitsiyalar va keng ko'lamli sohalarga ixtisoslashgan Web3. Rivojlanayotgan tendentsiyalar va texnologiyalarni diqqat bilan kuzatib, u o'quvchilarni raqamli moliyaning doimiy rivojlanayotgan manzarasi haqida xabardor qilish va jalb qilish uchun keng qamrovli yoritishni taqdim etadi.
Boshqa maqolalar
Alisa, ixtisoslashgan jurnalist MPost, kripto, AI, investitsiyalar va keng ko'lamli sohalarga ixtisoslashgan Web3. Rivojlanayotgan tendentsiyalar va texnologiyalarni diqqat bilan kuzatib, u o'quvchilarni raqamli moliyaning doimiy rivojlanayotgan manzarasi haqida xabardor qilish va jalb qilish uchun keng qamrovli yoritishni taqdim etadi.
