Биологи из MIT создали систему машинного обучения, умеющую «читать» белковые молекулы и превращать их в музыкальные композиции, редактировать их и создавать новые протеины. Его описание было представлено в журнале ACS Nano.
«У белков есть свой собственный язык, и мы не знаем, как на нем говорить. Мы не понимаем, что именно, к примеру, делает шелк — шелком, и какие наборы этих химических «слов» программируют определенные функции в ферментах. Мы просто не понимаем этот код», — рассказывает Маркус Бюлер (Markus Buehler), профессор MIT.
Даже самые простые белки состоят из нескольких сотен и тысяч аминокислот, зачастую закрученных в сложную трехмерную структуру. По этой причине определение того, как один белок будет взаимодействовать с другим внутри организма, пока остается крайне сложной вычислительной задачей, с решением которой с трудом справляются даже суперкомпьютеры.
Ученые достаточно давно мечтают о создании алгоритмов, которые помогали бы им конструировать белковые молекулы для решения конкретных практических проблем, или менять структуру уже существующих пептидов для того, чтобы они могли взаимодействовать с другими молекулами. Отсутствие понимания того, как белковые цепочки сворачиваются в трехмерные молекулы, мешает реализации этой мечты.
Бюлер и его коллеги сделали большой шаг в сторону решения этой проблемы, создав, как выражаются сами биологи, систему искусственного интеллекта, которая умеет «говорить на языке белков» и переводить его на «наречие», более понятное человеку.
Все белки, как отмечает ученый, состоят из двух десятков аминокислот, каждая из которых кодируется определенными последовательностями генетических «букв»-нуклеотидов в ДНК человека и всех остальных живых существ. Каждая аминокислота уникальна по своей структуре, а их сочетания и взаимодействия определяют то, как белковые молекулы приобретают трехмерную форму.
Ученые из MIT попытались перенести все уникальные черты аминокислот в виртуальный мир, закодировав каждую молекулу в виде особого набора звуков, который отражает то, как устроены эти вещества и как их атомы соединены друг с другом. Эти записи оказались похожи по своему звучанию на абстрактную или просто электронную музыку.
«Прослушивая» различные белковые молекулы, Бюлер и его коллеги пришли к выводу, что их можно легко различать и находить внутри них многие крупные структурные составляющие, уже знакомые биологам и химикам.
Это натолкнуло их на мысль, что систему искусственного интеллекта, созданную ими для «конвертирования» белков в музыку, можно применять и для того, чтобы создавать новые молекулы, делая своеобразные «ремиксы».
Пока подобный подход позволяет вносить достаточно случайные изменения в структуру белковых молекул, однако в ближайшем будущем, как надеются ученые из MIT, им удастся натренировать машину таким образом, что она сможет проводить направленную эволюцию ферментов и создавать новые типы полезных белков.
Помимо искусственного интеллекта в самом MIT, подобными опытами может заняться любой желающий. Ученые подготовили своеобразный белковый «синтезатор», приложение для смартфонов, позволяющую «писать» новые белки и делиться ими с учеными и окружающими.
«Конечно, нам все равно придется проводить эксперименты – пока мы не можем сказать, что именно будет делать новый вариант пептида. Тем не менее, ни одна другая методика не позволяет получать новые белки так быстро, хотя мы и не имеем понятия о том, как это все работает», — заключает биолог.
Источник: https://ria.ru/20190626/1555938344.html
