پایان افسانه «درمان‌ناپذیرها» با هوش مصنوعی!

به گزارش سلامت نیوز به نقل از genengnews، آزمایشگاه دیوید بیکر، برنده نوبل شیمی ۲۰۲۴، موفق شده است با استفاده از ابزارهای طراحی پروتئین مبتنی بر هوش مصنوعی، به پروتئین‌هایی که تاکنون به عنوان «درمان‌ناپذیر» شناخته می‌شدند، اتصال‌هایی با قدرت بالا طراحی کند. این دستاورد، مسیر درمانی را به روی بیش از ۵۰٪ از پروتئین‌های انسانی که تاکنون دور از دسترس بودند، باز می‌کند.

پژوهشگران همیشه به ساختارهای دقیق و ثابت‌شده پروتئین‌ها توجه کرده‌اند؛ اما بیش از نیمی از پروتئین‌های بدن انسان، ساختار ثابت ندارند و در حال تغییر شکل‌اند. این نواحی بی‌نظم درون‌ذات (IDRs) نقش مهمی در بیماری‌هایی مانند درد مزمن، سرطان، و اختلالات عصبی دارند – اما به دلیل ساختار متغیرشان، تا پیش از این نمی‌شد به آن‌ها دارو یا مولکول اتصال‌دهنده طراحی کرد.

انقلاب در درمان با کمک هوش مصنوعی

آزمایشگاه دیوید بیکر در دانشگاه واشینگتن، با کمک دو رویکرد مکمل مبتنی بر هوش مصنوعی، توانسته اتصال‌دهنده‌هایی برای این نواحی بی‌نظم طراحی کند – با قدرت اتصال نانومولار تا پیکومولار، یعنی هم‌تراز با قوی‌ترین تعاملات طبیعی شناخته‌شده.

برخی اهداف موفق در این پروژه شامل موارد زیر بودند:

آمی‌لین (Amylin): هورمونی که در دیابت نوع ۲ نقش دارد؛ اتصال‌دهنده‌ها توانستند الیاف سمی آمیلوئیدی آن را در آزمایشگاه حل کنند.

داینورفین (Dynorphin): پروتئینی مرتبط با درد مزمن.

نوعی از BRCA1: پروتئین مرتبط با ترمیم DNA و سرطان پستان.

🧠 چطور ممکن شد؟

روش اول، با مدل پیشرفته‌ای به‌نام RFdiffusion کار می‌کند که قادر است پروتئین‌ها را از صفر طراحی کند. این مدل بر اساس شناسایی ساختارهای مارپیچی و نواری در توالی‌های پروتئینی، اتصال‌دهنده‌هایی بسیار دقیق ایجاد می‌کند.

روش دوم، در مقاله منتشرشده در مجله Science معرفی شده و به نام Logos شناخته می‌شود. این روش بر پایه‌ی شناسایی «جیب‌های جانبی» (pockets) برای شناسایی گروه‌های جانبی اسیدآمینه‌هاست و سپس اتصال‌دهنده‌ای برای ترکیب این جیب‌ها طراحی می‌شود.

هر دو روش توانستند در موارد متعدد، پروتئین‌های بی‌ساختار را با دقت بالا هدف قرار دهند.

چرا حتی از پروتئین‌های «ساختارمند» بهتر است؟

دیوید بیکر می‌گوید طراحی اتصال‌دهنده برای پروتئین‌های بی‌ساختار، در برخی موارد از پروتئین‌های با ساختار ثابت ساده‌تر شده است. دلیل؟در پروتئین‌های بی‌ساختار، اتصال‌دهنده می‌تواند خود، ساختار مناسب را «تحمیل» کند – یعنی پروتئین هنگام اتصال، به شکلی خاص درمی‌آید که اتصال بهتر انجام شود.

او این پدیده را “درمان‌پذیر کردن درمان‌ناپذیرها” می‌نامد – تحولی بزرگ برای زیست‌فناوری و درمان بیماری‌های صعب‌العلاج.

ابزار طراحی آزادانه در دسترس همگان

ابزارهای طراحی اتصال‌دهنده به پروتئین‌های بی‌ساختار که توسط این تیم توسعه یافته‌اند، اکنون به‌صورت رایگان و آنلاین در اختیار پژوهشگران سراسر جهان قرار گرفته‌اند. گام بعدی پژوهش، گسترش این روش برای درنظر گرفتن تغییرات پس از ترجمه (PTMs) در پروتئین‌ها خواهد بود – تغییراتی که نقش مهمی در عملکرد زیستی دارند.

منبع خبر