500 Milyon Yıllık Evrim Simülasyonu ile Yeni Bir Protein Keşfedildi
Biyolojik yaşamın yapı taşları olan yeni proteinlerin sentezlenmesi, muazzam potansiyele sahip bilimsel bir alan ve yeni geliştirilen bir yapay zeka modeli, doğada bulunanların çok ötesinde yeni proteinler için talimatlar oluşturmayı vaat ediyor.ABD’deki bilim insanları, malzemesinin yalnızca yüzde 58’ini en yakın doğal akrabası tagRFP ile paylaşan esmGFP (yeşil floresan protein) adlı yeni bir proteini sentezlemek için EvolutionaryScale Model 3’ü (ESM3) kullandılar.
Araştırma ekibinin tahminlerine göre bu, yapay zeka tarafından işlenen 500 milyon yıllık evrime eşdeğerdir ve belirli kullanımlar için tasarlanabilen ısmarlama proteinler yaratmanın ya da mevcut proteinlerden daha fazla işlev çıkarmanın yolunu açmaktadır.
ESM3, eğitim verilerinden yeni proteinler oluşturmak için yapay zeka algoritmalarını kullanır. (EvolutionaryScale)
New York’taki EvolutionaryScale’in kurucusu Thomas Hayes liderliğindeki araştırmacılar yayınladıkları makalede, “Üç milyar yıldan fazla süren evrim, doğal proteinler alanına kodlanmış bir biyoloji görüntüsü üretti” diye yazıyor.“Burada, evrimsel veriler üzerinde geniş ölçekte eğitilen dil modellerinin, bilinen proteinlerden çok uzakta olan işlevsel proteinler üretebileceğini gösteriyoruz.”
ESM3, etkileyici 3,15 milyar protein dizisi (bir proteindeki amino asitlerin sırası), 236 milyon protein yapısı (3D şekilleri) ve 539 milyon protein ek açıklaması (açıklayıcı etiketler) üzerinde eğitildi.Yapay zeka modeli, bu büyük veri yığınlarındaki örüntüleri tespit ederek, tıpkı ChatGPT’nin insanlar tarafından yazılmış milyonlarca şiiri okuduktan sonra kafiyeli yeni bir şiir oluşturabilmesi gibi, protein yapısı ve işlevinde neyin işe yarayıp neyin yaramadığını anlayabilir.
esmGFP’yi ekstra özel kılan şey işe yaramasıdır: tıpkı akrabası tagRFP gibi floresandır. Floresan proteinler bazı okyanus organizmalarına ışıltılarını verir ve işaretleyici olarak kullanımları tıp ve biyoteknolojide büyük öneme sahiptir.
Ekip, “Floresan işlevselliğini seçtik çünkü elde edilmesi zor, ölçülmesi kolay ve doğadaki en güzel mekanizmalardan biri” diye yazıyor.
ESM3 tarafından üretilen ve doğada bulunan diğer floresan proteinlerden uzak olan yeni bir yeşil floresan protein olan esmGFP’nin bir görüntüsü. (EvolutionaryScale)
Yapay zeka, protein sentezindeki deneme yanılma yöntemlerinin çoğunu ortadan kaldırırken, şu anda bildiğimiz proteinlerden çok uzakları keşfetme becerisini de ekliyor.Araştırmacılar, “Proteinler, her bir proteinin bir mutasyon olayı uzaklıktaki diğer her bir proteinle komşu olduğu organize bir alanda var olarak görülebilir” diye yazıyor. “Evrimin yapısı, bu alan içinde, evrimin aralarında izleyebileceği yollarla tüm proteinleri birbirine bağlayan bir ağ olarak görünür.”
Ekip, evrimin gerçekleşmesi için her proteinin, parçası olduğu sistem genel işlevselliğini kaybetmeden bir sonrakine dönüşmesi gerektiğini söylüyor. Bir dil modeli bu uzaydaki proteinleri tanıyor.
ESM3 tarafından tasarlanan proteinlerin hala doğrulanması, sentezlenmesi ve test edilmesi gerekiyor, bu da zaman alıyor, ancak ekip burada daha fazla ilerleme kaydedeceğinden emin. Çok da uzak olmayan bir gelecekte, ilaçlardan biyomalzemelere kadar her şey için sadece akıllıca bir yapay zeka yönlendirmesiyle proteinler üretiyor olabiliriz.
Araştırmacılar, “Protein dili modelleri evrimin fiziksel kısıtlamaları içinde açıkça çalışmaz, bunun yerine evrimin izleyebileceği çok sayıda potansiyel yolun bir modelini dolaylı olarak oluşturabilir” diye açıklıyor.
Kaynak: https://www.sciencealert.com
Genetik Alfabede Yeni Bir Dönem: Bilim İnsanları Yeni Proteinler Üretiyor