Chaidh Duais Rannsachaidh Meidigeach Bunasach Lasker na bliadhna seo a thoirt do Demis Hassabis agus John Jumper airson na chuir iad ri cruthachadh siostam inntleachd fuadain AlphaFold a bhios a’ ro-innse structar trì-thaobhach phròtainean stèidhichte air sreath a’ chiad òrdugh de amino-aigéid.
Tha na toraidhean aca a’ fuasgladh duilgheadas a tha air a bhith a’ cur dragh air a’ choimhearsnachd saidheansail o chionn fhada agus a’ fosgladh an dorais gu bhith a’ luathachadh rannsachadh air feadh an raoin bith-mheidigeach. Tha pàirt chudromach aig pròtainean ann an leasachadh galairean: ann an galar Alzheimer, bidh iad a’ pasgadh agus a’ cruinneachadh ri chèile; Ann an aillse, tha an gnìomh riaghlaidh aca air chall; Ann an eas-òrdughan metabolach nàdarrach, tha iad mì-ghnìomhach; Ann am fibrosis cystic, bidh iad a’ dol a-steach don àite cheàrr sa chill. Chan eil annta seo ach beagan de na mòran dhòighean-obrach a dh’ adhbhraicheas galair. Faodaidh modailean structar pròtain mionaideach rèiteachaidhean atamach a thoirt seachad, dealbhadh no taghadh mholacilean àrd-chàirdeas a stiùireadh, agus lorg dhrogaichean a luathachadh.
Mar as trice, bidh structaran phròtain air an dearbhadh le criostalagrafaidheachd ghathan-X, ath-shonnrachadh magnetach niùclasach agus microscopaidh crio-electron. Tha na modhan sin daor agus a’ toirt ùine. Tha seo a’ leantainn gu stòran-dàta structar pròtain 3D a th’ ann mar-thà le dìreach mu 200,000 dàta structarail, agus tha teicneòlas sreath DNA air còrr air 8 millean sreath pròtain a thoirt gu buil. Anns na 1960an, lorg Anfinsen et al. gum faod sreath 1D de amino-aigéid pasgadh gu fèin-ghluasadach agus a-rithist ann an cruth trì-thaobhach gnìomhach (Figear 1A), agus gum faod “chaperones” moileciuil am pròiseas seo a luathachadh agus a dhèanamh nas fhasa. Tha na beachdan sin a’ leantainn gu dùbhlan 60-bliadhna ann am bith-eòlas moileciuil: ro-innse structar 3D phròtainean bhon t-sreath 1D de amino-aigéid. Le soirbheachas Pròiseact Genome an Duine, tha ar comas sreathan amino-aigéid 1D fhaighinn air a leasachadh gu mòr, agus tha an dùbhlan seo air fàs eadhon nas èiginn.
Tha e doirbh structaran phròtainean a ro-innse airson grunn adhbharan. An toiseach, feumaidh a h-uile suidheachadh trì-thaobhach a dh’ fhaodadh a bhith aig gach dadam anns gach amino-aigéad tòrr rannsachaidh. San dàrna àite, bidh pròtainean a’ dèanamh an fheum as motha de cho-phàirteachas anns an structar ceimigeach aca gus dadaman a rèiteachadh gu h-èifeachdach. Leis gu bheil ceudan de “luchd-tabhartais” ceangail haidridein (mar as trice ocsaidean) aig pròtainean mar as trice a bu chòir a bhith faisg air an “neach-gabhaidh” ceangail haidridein (mar as trice naitridean ceangailte ri haidridean), faodaidh e a bhith gu math duilich co-dhealbhaidhean a lorg far a bheil cha mhòr a h-uile neach-tabhartais faisg air an neach-gabhaidh. San treas àite, tha eisimpleirean cuibhrichte ann airson trèanadh dhòighean deuchainneach, agus mar sin tha e riatanach tuigse fhaighinn air na h-eadar-obrachaidhean trì-thaobhach a dh’ fhaodadh a bhith eadar amino-aigéid stèidhichte air sreathan 1D a’ cleachdadh fiosrachadh mu mean-fhàs nam pròtainean buntainneach.
Chaidh fiosaig a chleachdadh an toiseach gus modaladh a dhèanamh air eadar-obrachadh ataman ann a bhith a’ lorg an t-suidheachaidh as fheàrr, agus chaidh dòigh a leasachadh gus structar phròtainean a ro-innse. Chaidh Duais Nobel ann an Ceimigeachd ann an 2013 a thoirt do Karplus, Levitt agus Warshel airson an cuid obrach air atharrais coimpiutaireachd air pròtainean. Ach, tha dòighean stèidhichte air fiosaig daor a thaobh coimpiutaireachd agus feumaidh iad giullachd tuairmseach, agus mar sin chan urrainnear structaran trì-thaobhach mionaideach a ro-innse. Is e dòigh-obrach eile “stèidhichte air eòlas” stòran-dàta de structaran agus sreathan aithnichte a chleachdadh gus modalan a thrèanadh tro inntleachd fuadain agus ionnsachadh innealan (AI-ML). Bidh Hassabis agus Jumper a’ cur eileamaidean de fiosaig agus AI-ML an sàs, ach tha an ùr-ghnàthachadh agus an leum ann an coileanadh na dòigh-obrach a’ tighinn sa mhòr-chuid bho AI-ML. Chuir an dithis neach-rannsachaidh stòran-dàta poblach mòra còmhla gu cruthachail le goireasan coimpiutaireachd ìre gnìomhachais gus AlphaFold a chruthachadh.
Ciamar a tha fios againn gu bheil iad air “fuasgladh” a dhèanamh air tòimhseachan ro-innse structarail? Ann an 1994, chaidh farpais Measadh Critigeach air Ro-innse Structar (CASP) a stèidheachadh, a bhios a’ coinneachadh a h-uile dà bhliadhna gus sùil a chumail air adhartas ro-innse structarail. Roinnidh an luchd-rannsachaidh sreath 1D a’ phròtain aig a bheil an structar air fhuasgladh o chionn ghoirid, ach nach deach na toraidhean aige fhoillseachadh fhathast. Bidh an ro-innseadair a’ ro-innse an structair trì-thaobhach a’ cleachdadh an t-sreath 1D seo, agus bidh an neach-measaidh a’ breithneachadh gu neo-eisimeileach càileachd nan toraidhean ro-innse le bhith gan coimeas ris an structar trì-thaobhach a thug an deuchainniche seachad (air a thoirt seachad don neach-measaidh a-mhàin). Bidh CASP a’ dèanamh lèirmheasan dall fìor agus a’ clàradh leuman coileanaidh bho àm gu àm co-cheangailte ri ùr-ghnàthachadh modh-obrach. Aig 14mh Co-labhairt CASP ann an 2020, sheall toraidhean ro-innse AlphaFold leum cho mòr ann an coileanadh is gun do dh’ainmich na h-eagraichean gun deach an duilgheadas ro-innse structar 3D fhuasgladh: bha cruinneas a’ mhòr-chuid de ro-innse faisg air cruinneas tomhais deuchainneach.
Is e an cudromachd nas fharsainge gu bheil obair Hassabis agus Jumper a’ sealltainn gu cinnteach mar a dh’ fhaodadh AI-ML saidheans atharrachadh. Tha an rannsachadh aige a’ sealltainn gum faod AI-ML barailean saidheansail iom-fhillte a thogail bho iomadh stòr dàta, gum faod uidheaman aire (coltach ris an fheadhainn ann an ChatGPT) prìomh eisimeileachdan agus co-dhàimhean a lorg ann an stòran dàta, agus gum faod AI-ML fèin-bhreithneachadh a dhèanamh air càileachd nan toraidhean toraidh aige. Gu bunaiteach, tha AI-ML a’ dèanamh saidheans.
Àm puist: 23 Sultain 2023