Lifestyle

Inteligjenca artificiale zgjidh misterin më të madh biologjik

Parashikimi se si një proteinë paloset në një formë unike tredimensionale i ka hutuar shkencëtarët për një gjysmë shekulli. Mirëpo tani laboratori i inteligjencës artificiale me bazë në Londër, “DeepMind” e ka zgjidhur problemin, kanë thënë organizatorët e sfidës shkencore.

Të kuptuarit më mirë të formave të proteinave do të mund të luante rol kryesor në zhvillimin e ilaçeve të reja për trajtimin e sëmundjeve.

Përparësia nga “DeepMind”, e cila është në pronësi të “Google”, pritet që ta përshpejtojë studimin në një nikoqir të sëmundjeve, përfshirë edhe COVID-19. Programi i tyre e përcakton formën e proteinave në një nivel të saktësisë krahasuar me metodat laboratorike të shtrenjta dhe që marrin kohë, kanë thënë shkencëtarët e pavarur.

Andriy Kryshtafovych, mjek nga Universiteti i Kalifornisë, që është pjesë e panelit të gjykuesve shkencorë, e ka përshkruar arritjen si “vërtet të mrekullueshme”.

“Mundësia për ta hulumtuar formën e proteinave shpejt dhe saktë ka potencial që të bëjë revolucion në shkencat e jetës”, ka thënë ai.

Çfarë janë proteinat?

Proteinat janë të pranishme në të gjitha speciet e gjalla, ku luajnë një rol qendror në procesin kimik që është thelbësor për jetën. Të krijuara nga vargjet e aminoacideve, ato palosen në mënyra infinite në forma të përpunuara që e mbajnë çelësin e mënyrës se si i bartin funksionet e tyre vitale.

Shumë sëmundje janë të lidhura me rolin e proteinave në reaksionet kimike katalitike (enzimat), luftimin e sëmundjes (antitrupat) apo duke vepruar si korrierë kimikë (hormonet si insulina).

“Madje edhe rirregullimet e vogla të këtyre molekulave vitale kanë efekte katastrofale në shëndetin tonë, kështu që një nga mënyrat më efikase për t’i kuptuar sëmundjet dhe për të gjetur trajtime të reja është studimi i proteinave të përfshira”, ka thënë mjeku John Moult nga Universiteti i Marylandit në Shtetet e Bashkuara të Amerikës, kryetar i panelit të gjykuesve shkencorë.

“Ekzistojnë dhjetëra mijëra proteina njerëzore dhe miliarda specie të tjera, përfshirë bakteret dhe viruset, por planifikimi i formës së vetëm njërit kërkon pajisje të shtrenjta dhe merr vite”.

Sfida?

Më 1972, Christian Anfinsen kishte marrë çmimin “Nobel” për punën e tij, në të cilën ka treguar se duhet të jetë i mundshëm përcaktimi i formës së proteinave, bazuar në sekuencën e blloqeve të tyre të aminoacideve.

Çdo dy vjet, pikët nga grupet prej më shumë se 20 shteteve verbërisht provojnë ta parashikojnë, duke përdorur kompjuterë, formën e një grupi prej rreth 100 proteinash nga sekuencat e tyre të aminoacideve. Njëkohësisht, strukturat 3D planifikohen në laboratorë nga biologët, duke përdorur teknika tradicionale si kristalografia me rrezet X dhe spektroskopia NMR, të cilat e caktojnë vendndodhjen e secilit atom që lidhet me njëri-tjetrin në një molekulë të proteinës.

Një ekip i shkencëtarëve nga “Casp” (the Community Wide Experiment on the Critical Assessment of Techniques for Protein Structure Prediction) pastaj i krahasoi këto parashikime të strukturave 3D, duke përdorur metoda eksperimentale.

“Casp” përdor një metrikë të njohur si testi i distancës globale për ta vlerësuar saktësinë, për ta renditur atë nga 0 deri 100 shkallë. Rezultati rreth 90, që e ka arritur programi “AlphaFold” nga “DeepMind”, është cilësuar si i krahasueshëm me teknikat laboratorike.

Në raundin më të fundit të sfidës, “Casp-14”, “AlphaFold” ka përcaktuar formën e rreth dy të tretave të proteinave me saktësinë e krahasueshme me eksperimentet laboratorike. Ekspertët kanë thënë se saktësia me shumicën e proteinave të tjera ishte gjithashtu e lartë, edhe pse jo afër atij niveli.

“AlphaFold” bazohet në një koncept të quajtur leximi i thellë. Në këtë proces struktura e proteinës së palosur përfaqësohet si një grafik hapësinor. Më pas programi “mëson” duke përdorur informatat në format 3D të proteinave të njohura të mbajtura në databazën publike të proteinave.

Programi i Inteligjencës artificiale ishte në gjendje ta përfundonte brenda ditësh punën që do të merrte vite në bankat e laboratorëve.

“DeepMind” është kompani dhe laborator studimesh i njohur më së shumti për lojërat komplekse të inteligjencës artificiale me aftësi mbinjerëzore, përfshirë “Go” dhe “StarCraft”.

Si do të përdoren këto informata?

Njohja e strukturës 3D të një proteine është e rëndësishme për krijimin e ilaçeve dhe për t’i kuptuar sëmundjet e njerëzve, përfshirë kancerin, demencinë dhe sëmundjet infektive.

Shembull tipik është COVID-19, ku shkencëtarët kanë qenë duke studiuar se si proteina e kulmit në sipërfaqen e virusit Sars-CoV-2 ndërvepron me receptorët e qelizave njerëzore.

Profesori Andrew Martin nga Kolegji Universitar i Londrës (UCL), ish-anëtar i “Caspit” dhe ekspert, ka thënë për BBC-në se “ta kuptosh se si një sekuencë e proteinës paloset brenda këtyre tri dimensioneve është vërtet një nga pyetjet themelore të biologjisë”.

“Tërë mënyra në të cilën një proteinë funksionon varet në strukturën e saj tredimensionale dhe funksioni i proteinës është i lidhur me gjithçka rreth shëndetit dhe sëmundjeve. Duke i njohur strukturat tredimensionale të proteinave mund të ndihmojmë në krijimin e ilaçeve dhe të ndërhyjmë te problemet shëndetësore, qofshin ato infeksione apo sëmundje të trashëguara”, ka shtuar ai.

Profesoresha Janet Thornton nga Instituti Evropian i Bioinformatikës në Hinkston të Mbretërisë së Bashkuar ka thënë se mënyra se si proteinat palosen për të krijuar “struktura tredimensionale jashtëzakonisht unike” është një nga misteret më të mëdha të biologjisë.

“Një kuptueshmëri më e mirë e strukturave të proteinave dhe aftësia për t’i parashikuar, duke e përdorur një kompjuter, do të thotë se do ta kuptojmë më mirë jetën, evolucionin dhe, sigurisht, shëndetin e njerëzve dhe sëmundjet”, ka shpjeguar ajo.

Çfarë ndodh më vonë?

Shkencëtarët e tjerë do të duan t’i shikojnë të dhënat për ta përcaktuar se sa e saktë është metoda e inteligjencës artificiale dhe se sa mirë performon në një nivel të detajuar. Por prapëseprapë ekziston një boshllëk njohurish, përfshirë planifikimin se si disa proteina përshtaten bashkë dhe se si disa proteina ndërveprojnë me molekulat e tjera, si AND-ja apo ARN-ja.

“Tani që problemi është zgjidhur për proteinat e vetme, është hapur rruga për zhvillimin e metodave të reja për ta përcaktuar formën e komplekseve të proteinave – koleksione të proteinave që punojnë së bashku për të formuar shumicën e makinerisë së jetës dhe për aplikimet e tjera”, ka thënë Kryshtafovych.