Zinātnieki ar mākslīgais intelekts palīdzību simulē 500 miljonus gadu ilgu evolūciju, lai radītu dabā nebijušu olbaltumvielu.
Zinātnieku grupa ir paveikusi to, kas vēl nesen šķita kā zinātniskā fantastika: viņi ir izmantojuši mākslīgo intelektu, lai simulētu 500 miljonus gadu ilgu evolūciju un radīja pilnīgi jaunu olbaltumvielu, kas dabā neeksistē.
Šo atklājumu veica jaunuzņēmums EvolutionaryScale, varētu aizsākt jaunu ēru sintētiskajā bioloģijā.kas ļautu radīt precīzi konstruētus proteīnus, lai risinātu zinātnes, medicīnas un vides problēmas.
Pētījumā, kas publicēts zinātniskajā žurnālā “Science”, sīki aprakstīts, kā pētnieki izstrādāja mākslīgā intelekta modeli ar nosaukumu ESM3, izstrādāts, lai analizētu un ģenerētu proteīnus no masveida bioloģiskajiem datiem.
ESM3 tika apmācīts ar 3,15 miljardiem olbaltumvielu sekvenču, kas savāktas no visdažādākajām ekosistēmām uz planētas.
Atšķirībā no citiem publiski zināmiem mākslīgā intelekta modeļiem, piemēram, ChatGPT, kas koncentrējas uz valodas apstrādi, ESM3 specializējas proteīnu, kas ir dzīvības pamatelementi, sarežģītās struktūras atšifrēšanā.
Šis modelis tika apmācīts, izmantojot datu bāzi, kurā ir vairāk nekā 3,15 miljardi olbaltumvielu sekvenču, kas apkopotas no dažādiem avotiem.no mikroorganismiem Amazones lietus mežos līdz organismiem, kas dzīvo hidrotermālajās atverēs okeāna dibenā.
Paldies par šo informāciju, mākslīgais intelekts spēja rekordīsā laikā atjaunot evolūcijas procesu, kas līdzvērtīgs 500 miljoniem gadu.izstrādājot fluorescējošu proteīnu, kura rašanās dabiskos apstākļos būtu prasījusi gadsimtiem ilgi.
Šī eksperimenta rezultāts ir esmGFP – fluorescējošs proteīns, kas ir līdzīgs tiem, kas sastopami dažos bioluminiscējošos organismos, piemēram, koraļļos un dažās medūzās. Tomēr esmGFP nav vienkārša esošā proteīna kopija: tā ģenētiskā secība ir tikai 58 % līdzīga tā tuvākajam zināmajam radiniekam.
Izstrādātajam proteīnam esmGFP ir tikai 58 % ģenētiska līdzība ar tā tuvāko zināmo radinieku.
Tas nozīmē, ka, ja tas būtu radies dabiskā ceļā, tam būtu bijis nepieciešams aptuveni 500 miljonu gadu evolūcijas laiks, lai attīstītos no kopēja priekšteča.
Fluorescējošiem proteīniem, piemēram, tiem, kas iedvesmoja esmGFP, ir dažādi pielietojumi zinātnē. Tos izmanto, piemēram, biomedicīnas pētījumos, lai marķētu šūnas un novērotu bioloģiskos procesus reālajā laikā. Iespēja izstrādāt jaunus proteīnus ar uzlabotām īpašībām varētu pavērt durvis nozīmīgiem sasniegumiem medicīnā, biotehnoloģijā un vides aizsardzībā.
EsmGFP izstrādei ir būtiska ietekme uz zinātni un tehnoloģiju. Iespēja izstrādāt proteīnus no nulles varētu radīt revolūciju vairākās nozarēs:
- Medicīnā: varētu radīt īpašus proteīnus slimību ārstēšanai, sākot ar jaunām vakcīnām un beidzot ar personalizētu vēža terapiju.
- Biotehnoloģija: varētu izstrādāt fermentus, lai efektīvāk un ilgtspējīgāk ražotu ķīmiskās vielas.
- Vide: dažus sintētiskos proteīnus varētu izmantot plastmasas vai citu piesārņotāju noārdīšanai, tādējādi palīdzot cīņā pret piesārņojumu.
Sintētisko proteīnu izstrāde varētu radīt revolūciju medicīnā, biotehnoloģijā un cīņā pret piesārņojumu.
Turklāt šis eksperiments sniedz atbildi uz vienu no visvairāk apspriestajiem jautājumiem evolūcijas bioloģijā: vai evolūcija ir pilnīgi nejaušs process, vai arī tā notiek pēc paredzamiem modeļiem? EsmGFP radīšana liecina, ka noteiktos apstākļos levolūcija var noritēt pēc paredzamiem modeļiem, tādējādi atbalstot ideju par evolūcijas “determinismu”.t. i., ka selektīvs spiediens var padarīt dažus rezultātus neizbēgamus.
EvolutionaryScale pētnieki apgalvo, ka tas ir tikai sākums. Tāpat kā citi mākslīgie intelekti, laika gaitā ESM3 turpinās pilnveidoties, ļaujot izstrādāt arvien sarežģītākus un noderīgākus proteīnus.
Lai gan šajā pētījumā galvenā uzmanība tika pievērsta fluorescējošam proteīnam, nākotnē varētu tikt izstrādāti proteīni ar daudz specializētākām funkcijām, sākot ar zālēm un beidzot ar bioloģiskiem materiāliem ar inovatīvām īpašībām. Iespēja radīt sintētiskus proteīnus ar praktisku pielietojumu ir milzīga, un tā varētu mainīt veidu, kā mēs risinām problēmas veselības, rūpniecības un vides jomā.
