Nghiên cứu mới cho thấy cách mô hình hóa AI có thể cung cấp thông tin về cấu trúc protein

Nghiên cứu mới về các thuật toán trí tuệ nhân tạo (AI) từ Đại học York đang cho phép các nhà khoa học phát triển các mô hình hoàn chỉnh hơn về cấu trúc protein trong cơ thể người. Điều này có thể có tác động lớn đến thiết kế của các liệu pháp và vắc xin.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Structural and Molecular Biology.

Lên đến 70 phần trăm protein của con người được bao quanh và gia cố bằng đường, và điều này ảnh hưởng đến cách chúng nhìn và hoạt động. Các virus gây ra các bệnh như COVID-19 và Ebola cũng được bảo vệ bởi đường, và việc thêm chúng được gọi là sửa đổi.

Chương trình AI AlphaFold

Các nhà nghiên cứu đầu tiên đã phát triển phần mềm thêm các thành phần đường thiếu sót vào các mô hình được tạo bằng chương trình AI gọi là AlphaFold, và điều này cho phép họ nghiên cứu protein sâu hơn. AlphaFold được tạo bởi Google’s DeepMind, và nó thực hiện dự đoán cấu trúc protein.

Tiến sĩ Jon Agiree từ Bộ môn Hóa học là tác giả chính của nghiên cứu, được thực hiện cùng với Tiến sĩ Elisa Fadda và Carl A. Fogarty từ Đại học Maynooth. Nó cũng liên quan đến Haroldas Bagdonas, người là sinh viên tiến sĩ tại Phòng thí nghiệm Sinh học Cấu trúc York.

“Các protein của cơ thể người là những máy móc nhỏ mà trong hàng tỷ, tạo nên thịt và xương của chúng ta, vận chuyển oxy, cho phép chúng ta hoạt động và bảo vệ chúng ta khỏi các tác nhân gây bệnh. Và giống như một chiếc búa phụ thuộc vào đầu kim loại để đánh các vật thể nhọn, bao gồm cả đinh, protein có hình dạng và thành phần chuyên dụng để thực hiện công việc của chúng,” Tiến sĩ Agiree nói.

“Phương pháp AlphaFold để dự đoán cấu trúc protein có tiềm năng cách mạng hóa các quy trình trong sinh học, cho phép các nhà khoa học hiểu một protein và tác động của các đột biến nhanh hơn bao giờ hết.”

“Tuy nhiên, thuật toán không tính đến các sửa đổi thiết yếu ảnh hưởng đến cấu trúc và chức năng protein, điều này chỉ cho chúng ta một phần của bức tranh. Nghiên cứu của chúng tôi đã chỉ ra rằng điều này có thể được giải quyết một cách tương đối đơn giản, dẫn đến dự đoán cấu trúc hoàn chỉnh hơn.”

Làm Dự đoán Cấu trúc Chính xác

Thông qua chương trình AlphaFold mới và cơ sở dữ liệu tương ứng về cấu trúc protein, nhóm các nhà khoa học có thể làm dự đoán cấu trúc chính xác cho tất cả protein của con người đã biết, đây là một bước tiến lớn trong lĩnh vực này.

“Luôn tuyệt vời khi xem một sự hợp tác quốc tế phát triển và sinh ra quả, nhưng đây chỉ là bước đầu tiên cho chúng tôi,” Tiến sĩ Agiree tiếp tục. “Phần mềm của chúng tôi đã được sử dụng trong công việc cấu trúc glycan mà hỗ trợ vắc xin mRNA chống lại SARS-CoV-2, nhưng bây giờ có rất nhiều điều chúng tôi có thể làm nhờ vào bước nhảy công nghệ AlphaFold. Điều này vẫn còn trong giai đoạn đầu, nhưng mục tiêu là chuyển từ phản ứng với các thay đổi trong lá chắn glycan sang dự đoán chúng.”