Η τεχνολογία της μηχανικής εκμάθησης υπολογιστών, δηλαδή η λεγόμενη τεχνητή νοημοσύνη (ΑΙ), χρησιμοποιήθηκε για να προβλέψει τις δομές σχεδόν κάθε πρωτεΐνης που δημιουργεί ο ανθρώπινος οργανισμός.
Η εξέλιξη, όπως γράφει το BBC, θα μπορούσε να βοηθήσει σημαντικά στην ανακάλυψη νέων φαρμάκων για την αντιμετώπιση διαφορών ασθενειών, αλλά και σε άλλες εφαρμογές στην ιατρική επιστήμη.
Οι πρωτεΐνες είναι τα απαραίτητα δομικά στοιχεία όλων των ζωντανών οργανισμών. Κάθε κύτταρο έχει και δημιουργεί πρωτεΐνες και από αυτές εξαρτάται κατά μεγάλο μέρος η υγεία μας. Ως εκ τούτου, η κατανόηση της δομής τους είναι μεγάλης σημασίας για την πρόοδο της ιατρικής.
Ωστόσο, μέχρι σήμερα, μόνο ένα μικρό μέρος τους είχε αποκρυπτογραφηθεί πλήρως, καθώς είναι εξαιρετικά σύνθετη διαδικασία, για την οποία απαιτούνται υπερυπολογιστές και εξειδικευμένα προγράμματα.
Οι ειδικοί που έκαναν την ανακάλυψη, χρησιμοποίησαν ένα πρόγραμμα που ονομάζεται AlphaFold (εδώ), με το οποίο προέβλεψαν 350.000 πρωτεϊνικές δομές που ανήκουν σε ανθρώπους και ζώα.
Διευκρινίζεται ότι οι οδηγίες για τη δημιουργία πρωτεϊνών βρίσκονται στο γενετικό υλικό (DNA) το οποίο είναι τοποθετημένο στους πυρήνες των κυττάρων. Υπάρχουν περίπου 20.000 πρωτεΐνες που εκφράζονται από το ανθρώπινο γονιδίωμα. Το σύνολο των πρωτεϊνών του οργανισμού οι βιολόγοι το αποκαλούν πρωτέωμα.
Σχολιάζοντας τα αποτελέσματα του AlphaFold, ο ελληνικής καταγωγής επιστήμονας και διευθύνων σύμβουλος της εταιρείας Deep Mind, Ντέμης Χασάμπης, ανέφερε: «Πιστεύουμε ότι είναι η πιο ολοκληρωμένη και ακριβής εικόνα του ανθρώπινου γονιδιώματος ως τώρα και εκτιμούμε ότι αυτή η δουλειά αντιπροσωπεύει την πιο σημαντική συνεισφορά που έχει κάνει η τεχνητή νοημοσύνη στην πρόοδο της επιστημονικής γνώσης ως τώρα».
Οι πρωτεΐνες έχουν ως βάση τους μικρότερα δομικά στοιχεία σε σχήμα αλυσίδας που ονομάζονται αμινοξέα. Αυτές οι αλυσίδες αναδιπλώνονται σε χιλιάδες διαφορετικά σχήματα και δημιουργούν η κάθε μία τρισδιάστατη εικόνα. Το τελικό σχήμα της πρωτεΐνης καθορίζει και τις λειτουργίες του ανθρώπινου οργανισμού. Υπάρχουν δηλαδή πρωτεΐνες που ανάλογα με τον τρόπο που θα αναδιπλωθούν, μπορούν να προκαλέσουν καρκίνο.
Οι 350.000 πρωτεϊνικές δομές που προέβλεψε το AlphaFold περιλαμβάνουν όχι μόνο τις 20.000 που περιέχονται στο πρωτέωμα, αλλά και αυτές των αποκαλούμενων μικροοργανισμών που χρησιμοποιούνται ως μοντέλα στην επιστημονική έρευνα, όπως είναι το κολοβακτηρίδιο E.coli, η μαγιά, η φρουτόμυγα και τα τρωκτικά.
Η επιστημονική εξέλιξη δημοσιεύτηκε από ερευνητές της DeepMind και μια ομάδα ερευνητών από το Ευρωπαϊκό Εργαστήριο Μοριακής Ερευνας (EMBL) στην επιστημονική επιθεώρηση Nature.
Το σύστημα AlphaFold κατάφερε με ακρίβεια να προβλέψει τις δομικές θέσεις για το 58% των αμινοξέων στο ανθρώπινο πρωτέωμα. Μάλιστα, οι θέσεις για το 35,7% προβλέφθηκαν με πολύ υψηλό βαθμό βεβαιότητας.
«Αυτή η ανακάλυψη θα αλλάξει τον τρόπο που αντιλαμβανόμαστε τις λειτουργίες της ζωής. Κι αυτό επειδή οι πρωτεΐνες αντιπροσωπεύουν τα θεμελιώδη δομικά στοιχεία, από τα οποία αποτελούνται οι ζωντανοί οργανισμοί. Οι εφαρμογές περιορίζονται μόνο από την κατανόησή μας», σχολίασε η Εντιθ Χερντ, καθηγήτρια στο EMBL.
Ο ρόλος των πρωτεϊνών
Οι πρωτεΐνες συμμετέχουν σε ένα πολύ μεγάλο εύρος λειτουργιών και είναι απαραίτητες για την ανάπτυξη, την υγεία, την εξέλιξη και τις καθημερινές λειτουργίες του οργανισμού.
Ολα τα ένζυμα που χρησιμοποιούνται στον οργανισμό μας αποτελούνται από πρωτεΐνες και συμμετέχουν σε όλες τις βιοχημικές αντιδράσεις, όπως είναι η πέψη και η απορρόφηση θρεπτικών συστατικών.
Επιπλέον, τα αντισώματα που παράγονται από το ανοσοποιητικό μας σύστημα για την αντιμετώπιση των λοιμώξεων εξαρτώνται από τις πρωτεΐνες και τη δομή τους.
Αποτελούν, επίσης, το βασικό συστατικό των μυών, του συνδετικού ιστού κ.ά., ενώ συμμετέχουν σε πλήθος ορμονικών λειτουργιών, αφού οι ορμόνες, όπως για παράδειγμα η ινσουλίνη, που βοηθά στη ρύθμιση του σακχάρου στο αίμα, είναι κι αυτή πρωτεΐνη.