iroyin

Aami Eye Iwadi Iṣoogun Ipilẹ Lasker ti ọdun yii ni a fun Demis Hassabis ati John Jumper fun awọn ilowosi wọn si ẹda ti AlphaFold eto itetisi atọwọda ti o sọ asọtẹlẹ ilana onisẹpo mẹta ti awọn ọlọjẹ ti o da lori ilana aṣẹ akọkọ ti awọn amino acids.

Awọn abajade wọn yanju iṣoro kan ti o ti binu agbegbe ijinle sayensi pipẹ ati ṣii ilẹkùn si isare iwadi ni gbogbo aaye biomedical. Awọn ọlọjẹ ṣe ipa pataki ninu idagbasoke arun: ni arun Alṣheimer, wọn pọ ati dipọ; Ni akàn, iṣẹ ilana wọn ti sọnu; Ninu awọn rudurudu ti iṣelọpọ ti inu, wọn jẹ alailoye; Ni cystic fibrosis, wọn lọ sinu aaye ti ko tọ ninu sẹẹli. Iwọnyi jẹ diẹ ninu ọpọlọpọ awọn ilana ti o fa arun. Awọn awoṣe igbekalẹ amuaradagba alaye le pese awọn atunto atomiki, wakọ apẹrẹ tabi yiyan ti awọn ohun elo ijora giga, ati mu wiwa oogun mu yara.

Awọn ẹya amuaradagba jẹ ipinnu gbogbogbo nipasẹ crystallography X-ray, resonance oofa iparun ati microscopy cryo-electron. Awọn ọna wọnyi jẹ gbowolori ati akoko n gba. Eyi ni abajade ninu awọn apoti isura infomesonu igbekalẹ amuaradagba 3D ti o wa pẹlu data igbekalẹ 200,000 nikan, lakoko ti imọ-ẹrọ titele DNA ti ṣe agbejade diẹ sii ju awọn ilana amuaradagba 8 million lọ. Ni awọn ọdun 1960, Anfinsen et al. ṣe awari pe ọna 1D ti awọn amino acids le ṣe lẹẹkọkan ati leralera pọ sinu isọdọkan onisẹpo mẹta ti iṣẹ-ṣiṣe (Ọpọlọpọ 1A), ati pe “chaperones” molikula le mu yara ati dẹrọ ilana yii. Awọn akiyesi wọnyi yorisi ipenija ọdun 60 ni isedale molikula: asọtẹlẹ ilana 3D ti awọn ọlọjẹ lati ọna 1D ti amino acids. Pẹlu aṣeyọri ti Ise agbese Genome Eniyan, agbara wa lati gba awọn ilana amino acid 1D ti ni ilọsiwaju pupọ, ati pe ipenija yii ti di iyara diẹ sii.

Asọtẹlẹ awọn ẹya amuaradagba nira fun awọn idi pupọ. Ni akọkọ, gbogbo awọn ipo onisẹpo mẹta ti o ṣeeṣe ti gbogbo atomu ni gbogbo amino acid nilo iwadii pupọ. Ẹlẹẹkeji, awọn ọlọjẹ ṣe lilo ti o pọju ti ibaramu ninu eto kemikali wọn lati tunto awọn ọta daradara. Niwọn igba ti awọn ọlọjẹ ni igbagbogbo ni awọn ọgọọgọrun ti adehun hydrogen “awọn oluranlọwọ” (nigbagbogbo atẹgun) ti o yẹ ki o sunmọ isunmọ hydrogen bond “olugba” (nigbagbogbo nitrogen ti a so mọ hydrogen), o le nira pupọ lati wa awọn imudara nibiti o fẹrẹ to gbogbo oluranlọwọ sunmọ olugba naa. Kẹta, awọn apẹẹrẹ ti o lopin wa fun ikẹkọ awọn ọna idanwo, nitorinaa o jẹ dandan lati ni oye awọn ibaraenisepo onisẹpo mẹta ti o pọju laarin awọn amino acids lori ipilẹ awọn ilana 1D nipa lilo alaye lori itankalẹ ti awọn ọlọjẹ ti o yẹ.

Fisiksi ni akọkọ lo lati ṣe awoṣe ibaraenisepo ti awọn ọta ni wiwa fun ibaramu ti o dara julọ, ati pe a ṣe agbekalẹ ọna kan lati ṣe asọtẹlẹ ilana ti awọn ọlọjẹ. Karplus, Levitt ati Warshel ni a fun ni Ebun Nobel ninu Kemistri fun ọdun 2013 fun iṣẹ wọn lori iṣeṣiro iṣiro ti awọn ọlọjẹ. Bibẹẹkọ, awọn ọna ti o da lori fisiksi jẹ gbowolori ni iṣiro ati nilo sisẹ isunmọ, nitorinaa awọn ẹya onisẹpo mẹta to peye ko le ṣe asọtẹlẹ. Ọna miiran ti “orisun-imọ” ni lati lo awọn apoti isura infomesonu ti awọn ẹya ti a mọ ati awọn ilana lati kọ awọn awoṣe nipasẹ itetisi atọwọda ati ẹkọ ẹrọ (AI-ML). Hassabis ati Jumper lo awọn eroja ti fisiksi mejeeji ati AI-ML, ṣugbọn ĭdàsĭlẹ ati fifo ni iṣẹ ọna ti o wa ni akọkọ lati AI-ML. Awọn oniwadi meji naa ni ẹda papọ awọn apoti isura infomesonu ti gbogbo eniyan pẹlu awọn orisun iširo-ite-iṣẹ lati ṣẹda AlphaFold.

Bawo ni a ṣe mọ pe wọn ti “yanju” adojuru asọtẹlẹ igbekalẹ? Ni ọdun 1994, Idije Atunyẹwo ti Asọtẹlẹ Ilana (CASP) ti iṣeto, eyiti o pade ni gbogbo ọdun meji lati tọpa ilọsiwaju ti asọtẹlẹ igbekalẹ. Awọn oniwadi naa yoo pin ilana 1D ti amuaradagba eyiti eto wọn ti pinnu laipẹ, ṣugbọn awọn abajade rẹ ko tii tẹjade. Asọtẹlẹ asọtẹlẹ eto onisẹpo mẹta nipa lilo ọna 1D yii, ati oluyẹwo ni ominira ṣe idajọ didara awọn abajade asọtẹlẹ nipa ifiwera wọn si eto onisẹpo mẹta ti a pese nipasẹ alayẹwo (ti a pese nikan si oluyẹwo). CASP ṣe awọn atunyẹwo afọju tootọ ati ṣe igbasilẹ awọn fo iṣẹ igbakọọkan ti o ni nkan ṣe pẹlu isọdọtun ilana. Ni Apejọ CASP 14th ni ọdun 2020, awọn abajade asọtẹlẹ AlphaFold ṣe afihan iru fifo ni iṣẹ ṣiṣe ti awọn oluṣeto kede pe a ti yanju iṣoro asọtẹlẹ igbekalẹ 3D: deede ti awọn asọtẹlẹ pupọ julọ sunmọ ti awọn iwọn idanwo.

Pataki to gbooro ni pe iṣẹ Hassabis ati Jumper ṣe afihan ni idaniloju bi AI-ML ṣe le yi imọ-jinlẹ pada. Iwadi rẹ fihan pe AI-ML le kọ awọn idawọle imọ-jinlẹ eka lati awọn orisun data lọpọlọpọ, pe awọn ilana akiyesi (bii awọn ti o wa ninu ChatGPT) le ṣe awari awọn igbẹkẹle bọtini ati awọn ibamu ni awọn orisun data, ati pe AI-ML le ṣe idajọ ararẹ didara awọn abajade abajade rẹ. AI-ML n ṣe imọ-jinlẹ ni pataki.