Дослідники з Університету Вашингтона за допомогою ШІ створили ферменти, здатні розщеплювати певні білки, пов’язані з хворобою Альцгеймера та деменцією. Як повідомляє Ars Technica, їхню дію вже перевірили в лабораторних експериментах на клітинах.
Як ШІ допомагає створювати ферменти
Білки виконують багато важливих функцій в організмі. Вони складаються з амінокислот, з'єднаних міцними хімічними зв'язками. Щоб розщепити білок, потрібно зруйнувати ці зв'язки. У природі цим займаються спеціальні ферменти — протеази. Наприклад, вони допомагають перетравлювати їжу.
Різні протеази працюють по-різному. Одні можуть розщеплювати багато білків, тоді як інші розпізнають лише певні ділянки.
Дослідники вирішили за допомогою ШІ створити ферменти, які можна налаштовувати на конкретні білки. Для експериментів обрали білкові мішені, пов'язані з хворобою Альцгеймера та лобово-скроневою деменцією.
За основу взяли два природні ферменти: один із травної системи рака, інший — із дріжджів. Вчені зберегли частини, які безпосередньо відповідають за розщеплення білків, а решту структури створили заново.
Для цього використали два ШІ-інструменти. Перший, RFdiffusion2, спроєктував форму майбутнього ферменту, щоб його ключові компоненти опинилися в потрібних місцях. Другий, ProteinMPNN, підібрав амінокислоти, з яких має складатися новий фермент. Це потрібно, щоб він набув запланованої форми та міг розпізнавати потрібну ділянку білка.
Мета такого підходу — навчитися створювати ферменти, які розщеплюють заздалегідь вибрані білкові ділянки. Це важливо для дослідження білків, пов'язаних із різними захворюваннями.
Які результати експерименту
Спочатку вчені перевірили, чи здатні спроєктовані ферменти виконувати свою основну функцію — розривати зв'язки всередині білків.
Для цього вони створили тестову систему з білком, який мав спеціальну ділянку для розщеплення та флуоресцентну частину. Якщо фермент розрізав білок у потрібному місці, флуоресцентна частина відділялася. Так можна було перевірити, чи працює нова конструкція.
Серед ферментів, створених на основі протеази дріжджів, працювали 13 варіантів. Це 19% перевірених конструкцій. Із другим типом ферментів результати спочатку були гіршими. Лише 14 із 89 варіантів показали слабку здатність розщеплювати білки.
Причиною виявилася, зокрема, неправильна взаємодія з молекулою води, яка бере участь у хімічній реакції. Коли дослідники врахували її розташування під час проєктування, результат покращився: 35 із 38 нових конструкцій продемонстрували активність.
Експерименти показали, що ШІ уже може проєктувати складні білкові структури, але не завжди точно передбачає, наскільки добре вони виконуватимуть потрібну функцію.
Тому після комп'ютерного проєктування дослідникам усе ще потрібно перевіряти ферменти в лабораторії та вдосконалювати їх.
