دانشمندان چینی موفق به توسعه روشی نوین در مهندسی پروتئین شده‌اند که با بهره‌گیری از مدل‌های هوش مصنوعی موجود و بدون نیاز به آموزش الگوریتم‌های جدید، فرایند طراحی پروتئین را سریع‌تر، کم‌هزینه‌تر و دقیق‌تر می‌کند.
به گزارش تکناک، این تکنیک که با نام AiCE شناخته می‌شود، توسط گروهی از پژوهشگران چینی به رهبری پروفسور کایشیا گائو از مؤسسه ژنتیک و زیست‌شناسی رشد در آکادمی علوم چین توسعه یافته است.
فهرست مطالب
تکنیک AiCE چگونه کار می‌کند؟
تکنیک AiCE یک فناوری هوشمند است که با استفاده از دو نوع اطلاعات مهم، یعنی ساختار سه‌بعدی پروتئین‌ها و تاریخچه تکاملی آنها، می‌تواند توالی‌های پروتئینی با عملکرد عالی را پیش‌بینی کند.
برخلاف روش‌های پیچیده دیگر که به کامپیوترهای بسیار قوی نیاز دارند، این روش به صورت ساده، سریع و عملی طراحی شده است. در واقع AiCE می‌تواند مانند یک نقشه‌کش هوشمند عمل کند و با دقت بالا مشخص نماید که چگونه باید یک پروتئین مؤثر طراحی شود.
دانشمندان با استفاده از فناوری AiCE دو ابزار به نام‌های AiCEsingle و AiCEmulti ساختند.
ابزار هوش مصنوعی AiCEsingle برای مهندسی پروتئین
محققان در اولین گام این تحقیق، ابزار جدیدی به نام AiCEsingle ساختند. این ابزار هوشمند می‌تواند تغییرات کوچک و مفید در پروتئین‌ها (جایگزینی تک‌آمینواسیدها) را با دقت بالا شناسایی کند.
این سیستم با استفاده از مدل‌های پیشرفته و در نظر گرفتن ساختار پروتئین‌ها، تا ۹۰ درصد بهتر از روش‌های قبلی عمل کرد و توانست تغییرات سودمند در پروتئین‌ها را دقیق‌تر پیش‌بینی کند.
آزمایش این سیستم روی ۶۰ مجموعه داده نشان داد که این فناوری حتی در پیش‌بینی جهش‌های مؤثر در پروتئین‌های پیچیده یا ترکیب‌شده با DNA نیز بسیار موفق است.
حل چالش جهش‌های ترکیبی با ابزار AiCEmulti
پژوهشگران برای غلبه بر دشواری‌های پیش‌بینی جهش‌های چندگانه، ابزار دیگری به نام AiCEmulti طراحی کردند، که از اطلاعات تکاملی برای کاهش تداخل‌های منفی بین جهش‌ها استفاده می‌کند. این ابزار می‌تواند چندین جهش مؤثر را با دقت بالا و هزینه محاسباتی بسیار کم پیش‌بینی کند.
ساخت نسل جدیدی از پروتئین‌های کاربردی
تیم تحقیقاتی با استفاده از چارچوب AiCE، موفق به مهندسی ۸ پروتئین متفاوت با عملکردها و ساختارهای متنوع شد. این پروتئین‌ها شامل آنزیم‌های دآمیناز، نوکلئازها، ویرایشگرهای DNA و حتی آنزیم‌های قابل استفاده در میتوکندری هستند.
از جمله ویرایشگرهای ژنی پیشرفته‌ای که با کمک این روش طراحی شدند، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- enABE8e: ویرایشگر سیتوزین با دقت ویرایشی بالا
- enSdd6-CBE: ویرایشگر آدنین با دقت ۱.۳ برابر بیشتر
- enDdd1-DdCBE: ویرایشگر میتوکندری با عملکرد ۱۳ برابر قوی‌تر
گامی به سوی آینده مهندسی پروتئین با هوش مصنوعی
فناوری AiCE نه‌تنها در مهندسی پروتئین تحول ایجاد می‌کند، بلکه نشان می‌دهد چگونه می‌توان از مدل‌های هوش مصنوعی موجود به شکلی هوشمندانه و بدون هزینه‌های هنگفت، در جهت پیشرفت علمی استفاده کرد.
این تحقیق در تاریخ ۷ ژوئن در مجله Cell منتشر شده است و راه را برای کاربردهای گسترده در پزشکی دقیق، اصلاح ژنتیکی و کشاورزی مولکولی هموار می‌سازد.
فناوری AiCE راهکاری ساده، سریع و دقیق برای مهندسی پروتئین است، که از ظرفیت‌های مدل‌های هوش مصنوعی موجود استفاده می‌کند. این نوآوری می‌تواند دنیای زیست‌فناوری را متحول و درمان‌های نوین را در دسترس‌تر کند.
