Proteinlerin üç boyutlu bir halde nasıl katlandığını hesaplayabilmek yarım yüzyıldır bilim insanlarının maksatlarından biriydi.
Bilimsel bir müsabaka düzenleyen organizatörler, Londra merkezli yapay zeka laboratuvarı DeepMind’ın bu gizemi büyük oranda çözdüğünü duyurdu.
Proteinlerin hallerini anlamak, hastalıkları tedavi eden ilaçlar üretmek için kritik değere sahip.
DeepMind’ın bu buluşunun çok sayıda hastalığa dair araştırmayı hızlandırması bekleniyor. Bunlara Covid-19 da dahil.
Yapay zeka programının değerli ve uzun vakit alan laboratuvar yollarıyla kıyaslanabilecek bir muvaffakiyetle proteinlerin biçimlerini ortaya koyabileceği belirtiliyor.
Yarışın panelinde yer alan California Üniversitesi’nden Dr. Andriy Kryshtafovych, bu gelişmenin “dikkate değer” olduğunu söylüyor:
“Proteinlerin formlarını bu kadar süratli ve isabetli bir formda belirleyebilmek bilimde bir ihtilal yaratma potansiyeline sahip.”
Proteinler nedir?
Bütün canlılarda bulunan proteinler ömür için gerekli olan kimyasal süreçlerde temel bir rol oynar.
Aminoasit zincirlerinden oluşan proteinler sonsuz sayıda farklı tıpta katlanarak değişik biçimler alabilir.
Bu formlar, proteinlerin fonksiyonlarını nasıl yerine getireceği konusunda belirleyicidir.
Pek çok hastalık proteinlerin kimyasal reaksiyonlardaki katalizör rolleri (enzimler), hastalıklarla uğraştaki rolleri (antikorlar) yahut kimyasal bilgi iletimindeki rolleri (insülin üzere hormonlar) ile bağlıdır.
Yarışın paneline başkanlık eden Maryland Üniversitesi’nden Dr. John Moult “Bu hayati moleküllerin formlarındaki en ufak değişiklik bile sağlığımızda felaket tesirlere yol açabilir” diyor ve ekliyor:
“Bu yüzden bir hastalığı anlamak ve tedavi prosedürü bulmak için en tesirli yollardan biri, bu sürece dahil olan proteinleri anlamaktır.
“İnsanlarda on binlerce protein vardır. Başka çeşitlerde ise milyonlarca. Bunlara virüsler ve bakteriler de dahil.
“Fakat bu proteinlerden sırf birinin biçimini anlayabilmek değerli ekipmanlarla yıllarca süren çalışmalar gerektiriyordu.”
Formları nasıl oluşuyor?
1972’de Christian Anfinsen aminoasitlerin dizilimini bildikten sonra proteinlerin hallerinin hesaplanabileceğini gösteren çalışmasıyla Nobel Mükafatı kazandı.
Bunu başarabilmek için her yıl 20’den fazla ülkeden bilim insanlarından oluşan takımlar, aminoasit dizilimleri bilinen yaklaşık 100 proteinin hallerini bilgisayar programlarıyla hesaplamaya çalışıyor.
Birebir anda biyologlar laboratuvarlarda x-ray kristalografi ve NMR spektroskopi üzere klasik prosedürlerle proteindeki her atomun pozisyonlarını ortaya çıkarıyor.
Sonrasında Protein Yapısı Varsayımı Tekniklerinin Eleştirel Kıymetlendirilmesi Üzerine Topluluk Genelinde Deney isimli takımdan bilim insanları kestirimler ile gerçekleri karşılaştırıyor.
Deney grubu iddiaların doğruluğuna nazaran 0-100 ortasında notlar veriyor. DeepMind’ın AlphaFold isimli programıyla ulaştığı 90 skoru, laboratuvarda kullanılan tekniklere denk olarak görülüyor.
Nasıl başardılar?
AlphaFold programı makine öğrenmesi denilen bir süreçle, Kamusal Protein Bilgi Tabanı’nda bulunan proteinleri ve formlarını inceledi.
Yapay zeka, oradan edindiği bilgilerle yola çıkarak yeni proteinlerin formlarını yüzde 90 oranında doğrulukla hesaplamayı başardı.
Bu bilgi ne işe yarayacak?
Proteinlerin yapısını bu halde hesaplayabilmek kanser, demans, bulaşıcı hastalıklar üzere hastalıkları anlamak ve bunlara yönelik ilaç geliştirmek için kritik değere sahip.
Bunun örneklerinden biri SARS-Cov-2. Bilim insanları Covid-19 hastalığına yol açan bu virüsün insan hücreleriyle etkileşime girmesini sağlayan taç halindeki proteinleri inceliyor.
Deney takımının eski iştirakçisi ve denetleyicisi olan University College London’dan Prof. Andrew Martin “Proteinin nasıl katlandığı, işlevi açısından belirleyici” diyor ve ekliyor:
“Bunu bilmek sıhhat için de hastalık için de değerli. Sadece enfeksiyonları değil, kalıtımsal kimi hastalıkları da çözebiliriz.”
İngiltere’deki Avrupa Biyoenformatik Enstitüsü’nden Prof. Dam Janet Thornton bunu öğrenmenin evrimi anlamayı da kolaylaştıracağını söylüyor.
Bundan sonra ne olacak?
Öteki bilim insanları yapay zekanın ürettiği dataları ayrıntılıca inceleyecek ve testlere tabi tutacak.
Bu husus etrafında hâlâ bilinmeyen öteki şeyler de var. Birden fazla proteinin nasıl bir ortaya geldiği, proteinlerin DNA ve RNA üzere moleküllerle nasıl etkileştiği üzere mevzular bunlar ortasında.
Dr. Kryshtafovych, “Tekil proteinler için sorunun büyük bir kısmı çözüldüğüne nazaran kompleks proteinlerin hallerini tespit etmeye giden yol da açıldı. Bunlar hayatın makineleri” diyor.
