タンパク質科学者とAIの対決

ラトガース大学のタンパク質科学者チームがコンピュータープログラムと対決しました。

ネタバレですが、AIが勝ちました。しかし、僅差でした。

人間とAIの対決

科学者たちは、タンパク質設計と自己集合に関する深い理解を持つ人間と、予測能力を持つ人工知能コンピュータープログラムを対決させたいと考えました。潜在的な科学者のリストのトップには、ラトガース大学のCenter for Advanced Biotechnology and Medicine (CABM)の研究者であるVikas Nandaがいた。

実験は、人間とAIのどちらがタンパク質シーケンスを最も成功裡に結合できるかを予測することができるかどうかを調べることを目的としていました。

結果は、Nature Chemistryに掲載されました。

Nanda、イリノイ州のArgonne National Laboratoryの研究者、および米国の各地の同僚は、この対決を「近いが決定的な」ものと表現しています。対決では、Nandaと数人の同僚がAIプログラムと対戦し、AIプログラムが小差で勝利しました。

科学者たちは、タンパク質の自己集合に関するより多くの知識を求めています。自己集合をよりよく理解することで、新しい革新的な製品を医療や産業用に設計できる可能性があるからです。これらの製品の1つは、人工の人間の組織が傷に使用される可能性があり、別の製品は、新しい化学製品の触媒となる可能性があります。

Nandaは、ラトガース大学ロバート・ウッド・ジョンソン医学校の生化学・分子生物学科の教授です。

「私たちの広範な専門知識にもかかわらず、AIは複数のデータセットで私たちと同等かそれ以上の成果を上げた。これは、人間の偏見を克服するための機械学習の潜在能力を示しています」とNandaは述べました。

タンパク質設計と自己集合

タンパク質は、長いアミノ酸の鎖が連なっており、これらの鎖が折りたたまれて複雑な形をした三次元分子を形成します。各タンパク質の形状と、それに含まれるアミノ酸は、その挙動を決定します。Nandaを含む研究者たちは、「タンパク質設計」と呼ばれる活動を行っており、新しいタンパク質を生成するシーケンスを作成しています。チームは最近、VXと呼ばれる危険な神経ガスを迅速に検出できる合成タンパク質を設計しました。この新しい開発は、新しいバイオセンサーと治療法に大きな影響を与える可能性があります。

タンパク質は、生物学的に重要な超構造を形成するために他のタンパク質と自己集合します。場合によっては、タンパク質が設計に従って自己集合しているように見えます。たとえば、ウイルスの保護外殻を形成するときにそうです。場合によっては、特定の疾患に関連する生物学的構造を形成するときに自己集合します。

「タンパク質の自己集合を理解することは、医療や産業を含む多くの分野で進歩を遂げるために不可欠です」とNandaは述べました。

Nandaと5人の同僚は、タンパク質のリストを提示され、どのタンパク質が自己集合する可能性が高いかを予測するよう求められました。予測は、コンピュータープログラムの予測と比較されました。

人間の専門家は、実験でのタンパク質の挙動の観察に基づくルールを使用しました。電気的荷電のパターンや水への嫌悪度などです。彼らは、自己集合すると予測した11のタンパク質を選択しましたが、AIは9つのタンパク質を選択しました。

実験では、人間が11個のタンパク質のうち6個を正しく予測したのに対し、コンピュータープログラムは9個を選択しました。

実験ではまた、人間の専門家が特定のアミノ酸を他のアミノ酸よりも「好み」、これが誤った選択につながったことも示しました。AIは、明らかな特徴がないタンパク質を正しく選択しました。

「私たちは、自己集合につながる相互作用の化学的性質を根本的に理解しようとしています。そこで、これらのプログラムを使用することで重要な洞察が得られないのではないかと心配しました。しかし、機械学習は他のツールと同様にただのツールであることをようやく理解し始めています」とNandaは述べました。