ИИ помогает количественно оценить активность ферментов
Ферменты — это биокатализаторы, необходимые для выживания организма, так как они облегчают множество химических реакций, производя строительные блоки клеток. Они также широко используются в биотехнологии и в быту, например, в моющих средствах.
Для описания метаболических процессов, катализируемых ферментами, учёные используют уравнение Михаэлиса-Ментен. Оно описывает скорость ферментативной реакции в зависимости от концентрации субстрата, который превращается в конечные продукты. Ключевым параметром в этом уравнении является константа Михаэлиса, характеризующая сродство фермента к субстрату.
Экспериментальное измерение этой константы в лаборатории требует значительного времени и усилий. Поэтому экспериментальные оценки этих констант существуют лишь для меньшинства ферментов.
Исследователи из Института вычислительной клеточной биологии Университета Генриха Гейне (Дюссельдорф) и Технологического университета Чалмерса (Стокгольм) выбрали другой подход. Они использовали искусственный интеллект на основе методов глубокого обучения для предсказания констант Михаэлиса по структурам субстратов и ферментов.
Свой метод они применили к 47 модельным организмам — от бактерий до растений и человека. Для обучения модели исследователи использовали известные данные почти по 10 000 комбинаций фермент-субстрат. Результаты были проверены на константах Михаэлиса, которые не использовались в процессе обучения.
Профессор Лерх прокомментировал качество результатов: «Используя независимые тестовые данные, мы смогли показать, что процесс может предсказывать константы Михаэлиса с точностью, сопоставимой с различиями между экспериментальными значениями из разных лабораторий. Теперь компьютеры могут оценить новую константу Михаэлиса всего за несколько секунд без необходимости проведения эксперимента».
Внезапная доступность констант Михаэлиса для всех ферментов модельных организмов открывает новые пути для компьютерного моделирования метаболизма, как подчёркивается в журнале PLOS Biology.