أبحاث جديدة تظهر كيف يمكن للنمذجة بالذكاء الاصطناعي تقديم رؤى حول هياكل البروتينات

أظهرت الأبحاث الجديدة حول خوارزميات الذكاء الاصطناعي التي تم إجراؤها في جامعة يورك أن العلماء يمكنهم تطوير نماذج أكثر اكتمالا لهياكل البروتينات في الجسم البشري. ويمكن أن يكون لهذا تأثير كبير على تصميم العلاجات واللقاحات.

نشرت الأبحاث في مجلة Nature Structural and Molecular Biology.

حتى 70٪ من البروتينات البشرية محاطة ومحمولة بالسكر، وهذا يؤثر على كيفية ظهورها وسلوكها. الفيروسات التي تقف وراء أمراض مثل كوفيد-19 وエボラ محمولة خلف السكريات أيضًا، وإضافة هذه السكريات تسمى تعديل.

برنامج AlphaFold الذكاء الاصطناعي

أولًا، طور الباحثون برنامجًا يضيف مكونات سكر مفقودة إلى نماذج تم إنشاؤها باستخدام برنامج الذكاء الاصطناعي AlphaFold، مما مكنهم من دراسة البروتينات بشكل أعمق. تم إنشاء AlphaFold بواسطة DeepMind التابعة لجوجل، ويتنبأ بتركيب البروتينات.

الدكتور جون آجيري من قسم الكيمياء هو المؤلف الرئيسي للبحث، الذي أجراه إلى جانب الدكتور إيليزا فادا وكارل أ. فوجارتي من جامعة ماينوث. كما شارك فيه هارولداس باجدوناس، وهو طالب دكتوراه في مختبر يورك للبيولوجيا الهيكلية.

“البروتينات في الجسم البشري هي آلات صغيرة تكوّن لحمنا ودماءنا، وتحمل الأكسجين، وتسمح لنا بالعمل، وتدافع عننا من مسببات الأمراض. ومثل المطرقة التي تعتمد على رأس معدني لضرب الأجسام الحادة، بما في ذلك المسامير، فإن البروتينات لها أشكال ومكونات متخصصة لتنفيذ مهامها”، قال الدكتور آجيري.

“طريقة AlphaFold لتنبؤ بتركيب البروتين لها إمكانية الثورة في سير العمل في البيولوجيا، مما يسمح للعلماء بفهم البروتين وتأثير الطفرات بشكل أسرع من أي وقت مضى”.

“然而، لا تأخذ الخوارزمية في الاعتبار التعديلات الأساسية التي تؤثر على هيكل ووظيفة البروتين، مما يعطينا جزءًا فقط من الصورة. وقد أظهرت أبحاثنا أن هذا يمكن أن يتم عن طريق طريقة بسيطة نسبيًا، مما يؤدي إلى تنبؤ هيكلي أكثر اكتمالا”.

إجراء تنبؤات دقيقة للهياكل

من خلال برنامج AlphaFold الجديد وقاعدة بيانات هياكل البروتينات، يمكن لفريق العلماء إجراء تنبؤات دقيقة للهياكل لجميع البروتينات البشرية المعروفة، وهو خطوة كبيرة إلى الأمام في هذا المجال.

“من الرائع دائمًا مشاهدة التعاون الدولي ينمو لتحقيق نتائج، ولكن هذا只是 البداية لنا”، استمر الدكتور آجيري. “لقد استخدمنا برنامجنا في العمل الهيكلي للسكر الذي دعم اللقاحات الرنا المرسال ضد سارس-كوف-2، ولكن الآن هناك الكثير مما يمكننا القيام به بفضل قفزة التكنولوجيا AlphaFold. لا تزال في المراحل الأولى، ولكن الهدف هو الانتقال من الاستجابة للتغيرات في درع السكر إلى توقعها”.