Inženjering proteina pokretan umjetnom inteligencijom cilja toksine zmijskog otrova
Brief news summary
Umjetna inteligencija (AI) transformira predviđanje struktura proteina i rješavanje složenih bioloških izazova. Na čelu ove inovacije je tim Davida Bakera sa Univerziteta u Washingtonu, koji je koristio AI za dizajniranje proteina sposobnih da neutraliziraju toksine zmijskog otrova. Tradicionalno, antidoti potječu od životinja, što je skupo i zahtijeva hlađenje. Bakerov tim je napredovao u ovoj oblasti razvijajući stabilne proteine koje mogu proizvesti bakterije, ciljajući toksine s trostrukim prstima prisutne u otrovima mambe i kobre. Ovi toksini ometaju stanične membrane i receptore neurotransmitera. Istraživači su koristili AI alate kao što su RFdiffusion i ProteinMPNN za dizajniranje struktura proteina specifično protiv ovih toksina. Od 44 dizajnirana proteina, jedan je pokazao jaką interakciju s toksinom, a kasnija AI poboljšanja su poboljšala njegovu djelotvornost. U pokusima na miševima, ovaj protein inhibitor je pružio potpunu zaštitu protiv neurotoksina. Iako je njegovo djelovanje u blokiranju toksina koje utječu na stanične membrane bilo smanjeno u živim testovima, istraživanje naglašava kritičnu ulogu AI u unapređenju bioloških istraživanja i omogućavanju inovacija. Buduća istraživanja bi mogla primijeniti ove metode na širi spektar toksina, poboljšavajući preciznost i efikasnost tretmana. Ova studija prikazuje potencijal AI za kreiranje revolucionarnih rješenja za složene biološke probleme.U posljednjih nekoliko godina, AI je ostvario značajan napredak u predviđanju struktura proteina, što je ključno za život. Iako revolucionaran, značaj ovih dostignuća možda nije jasan ljudima van biologije. Impresivna primjena prikazana je u posljednjem izdanju časopisa *Nature*, gdje je tim, uključujući Nobelovog laureata Davida Bakera sa Univerziteta Washington, koristio AI za inženjering proteina koji mogu neutralizirati određene toksine zmijskog otrova. Iako nisu potpuno bezgrešni, ovo pokazuje kako novi softver može riješiti ranije neizvodive izazove. Zmijski otrov sastoji se od raznih toksina na bazi proteina koji napadaju žrtve s više strana. Trenutni tretmani uključuju antitijela dobivena izlaganjem životinja otrovu, koja zahtijevaju hlađenje i česte obnove. Dizajniranje manjih, stabilnih proteina moglo bi omogućiti proizvodnju u bakterijama, čime se uklanja potreba za hlađenjem—važno za incidentne ugrize zmija u ruralnim područjima ili divljini. Studija se fokusirala na "toksine s tri prsta", prisutne u opasnim zmijama poput mamba i kobri. Ovi toksini uzrokuju staničnu toksičnost ometanjem membrana ćelija i blokiranjem receptora neurotransmitera.
Istraživači su koristili AI alat RFdiffusion za stvaranje proteina koji su komplementarni ovim toksinima, a zatim su koristili ProteinMPNN za određivanje sekvenci aminokiselina za ove proteinske dizajne. DeepMind-ova AlphaFold2 i Rosetta softver procijenili su jačinu interakcije između novo dizajniranih proteina i toksina. Nakon odabira najperspektivnijeg proteinskog kandidata, AI je predložio poboljšane varijante, od kojih je 15% pokazalo jače interakcije s toksinima. Ovi poboljšani proteini sintetizirani su u bakterijama i uspješno su neutralizirali neurotoksične efekte kod miševa, čak i nakon izlaganja. Međutim, pokušaji inhibicije toksina koji ometaju membrane nisu bili uspješni u smanjenju oštećenja kože u testovima, što ukazuje na moguće praznine u razumijevanju mehanizama ovih proteina. Iako se studija usredotočila samo na dva otrovna toksina, ona naglašava transformativni potencijal AI u biološkim intervencijama. AI alati sada mogu pojednostaviti procese koji su nekada zahtijevali godine složenog istraživanja, nudeći radikalan napredak u biotehnologiji. Ipak, specifičnost AI dizajniranih inhibitora znači da se možda neće moći univerzalno primijeniti na otrove različitih vrsta zmija, što naglašava potrebu za stalnim usavršavanjem za širu primjenu.
Watch video about
Inženjering proteina pokretan umjetnom inteligencijom cilja toksine zmijskog otrova
Try our premium solution and start getting clients — at no cost to you