مدل هوش مصنوعی جدید، پروتئینی شگفتانگیز خلق کرد که ۵۰۰ میلیون سال تکامل زیستی را شبیهسازی میکند
پژوهشگران با استفاده از یک مدل هوش مصنوعی پیشرفته، موفق شدهاند پروتئینی جدید و کاملاً متفاوت از نمونههای طبیعی آن را طراحی و تولید کنند. این پروتئین که esmGFP نام دارد، نوعی پروتئین فلورسنت Fluorescent Protein است که تنها ۵۸ درصد شباهت به نزدیکترین همتای طبیعی خود یعنی tagRFP دارد. این پیشرفت معادل ۵۰۰ میلیون سال تکامل زیستی است که در مدت کوتاهی توسط هوش مصنوعی شبیهسازی شده.
این دستاورد نشان میدهد که با کمک فناوری هوش مصنوعی، میتوان پروتئینهایی با ویژگیهای جدید و عملکردهای متنوع خلق کرد که در طبیعت وجود ندارند. این روش میتواند راه را برای تولید پروتئینهای سفارشی هموار کند؛ پروتئینهایی که میتوانند در حوزههای مختلف از جمله پزشکی، زیستفناوری و حتی تولید مواد زیستی مورد استفاده قرار گیرند.
مدل هوش مصنوعی که از میلیاردها داده برای طراحی پروتئینهای نوین استفاده میکند
برای این پژوهش، محققان از مدل هوش مصنوعی پیشرفتهای به نام ESM3 استفاده کردهاند که توانایی پردازش و یادگیری از حجم عظیمی از دادههای زیستی را دارد. این مدل روی ۳.۱۵ میلیارد توالی پروتئینی Protein Sequences، ۲۳۶ میلیون ساختار پروتئینی Protein Structures و ۵۳۹ میلیون حاشیهنویسی پروتئینی Protein Annotations آموزش داده شده است.
این اطلاعات به هوش مصنوعی امکان داده تا الگوهای پیچیدهای را که طی میلیاردها سال در ساختار پروتئینهای طبیعی شکل گرفتهاند، درک کند و از آنها برای خلق پروتئینهای جدید استفاده کند. به عبارتی، ESM3 مانند یک نویسندهی ماهر که با خواندن میلیونها کتاب قادر به نوشتن داستانهای جدید میشود، توانسته است پروتئینهایی طراحی کند که تاکنون در طبیعت دیده نشدهاند.
esmGFP یکی از اولین نمونههای موفق این روش است که توانسته است عملکرد مورد انتظار را ارائه دهد و مانند همتای طبیعی خود دارای خاصیت فلورسنت باشد. این ویژگی به این معناست که پروتئین جدید میتواند در تحقیقات زیستی، ردیابی سلولها، تصویربرداری پزشکی و کاربردهای زیستفناوری مورد استفاده قرار گیرد.
طراحی پروتئینهایی که طبیعت هرگز به آنها دست نیافته است
پژوهشگران این پروژه توضیح دادهاند که پروتئینها را میتوان مانند نقاطی در یک فضای بزرگ در نظر گرفت که با جهشهای تکاملی به یکدیگر متصل شدهاند. در فرآیند طبیعی تکامل، یک پروتئین برای تبدیل شدن به نسخهای جدید باید تغییراتی را تجربه کند، اما این تغییرات نباید عملکرد اصلی آن را مختل کنند.
مدل هوش مصنوعی ESM3 اما به شکلی متفاوت عمل میکند. این مدل در چهارچوب محدودیتهای تکامل طبیعی فعالیت نمیکند، بلکه مسیرهای کاملاً جدیدی را برای تولید پروتئینهای تازه کشف میکند. این ویژگی میتواند دنیای زیستشناسی را متحول کند، چرا که محققان دیگر مجبور نخواهند بود فقط به پروتئینهایی که طبیعت طی میلیاردها سال توسعه داده است، محدود شوند.
آیندهای که در آن پروتئینها را با هوش مصنوعی طراحی میکنیم
اگرچه پروتئینهایی که با این روش طراحی میشوند، هنوز باید مورد آزمایشهای دقیق زیستی و عملکردی قرار گیرند، اما این کشف گامی مهم در جهت طراحی و تولید پروتئینهای جدید است. در آیندهای نهچندان دور، میتوان با استفاده از هوش مصنوعی پروتئینهایی را طراحی کرد که در داروسازی، مهندسی بافت، تولید آنزیمهای صنعتی، و حتی توسعه مواد زیستی مورد استفاده قرار گیرند.
این پژوهش نشان میدهد که مدلهای هوش مصنوعی میتوانند مسیرهایی را شبیهسازی کنند که تکامل طبیعی هرگز آنها را طی نکرده است. این بدان معناست که ما میتوانیم پروتئینهایی با ویژگیهای کاملاً جدید و بهینه طراحی کنیم، بدون آنکه محدود به مسیرهای سنتی زیستشناسی باشیم.
مطالب مرتبط
