Искусственный интеллект выводит структурную биологию на новый уровень

Учёный из Каролинского института сообщает, что машинное обучение можно использовать для понимания молекулярных событий, которые изменяют форму белков после их синтеза, регулируя их способность взаимодействовать друг с другом. Это позволяет предположить, что искусственный интеллект (ИИ) в будущем может позволить нам точно моделировать высоко сложные биологические сценарии in silico, а также использовать эту информацию для терапевтического вмешательства.

Детальное знание трёхмерной (3D) структуры белков необходимо для понимания их функции, оценки влияния патогенных мутаций у человека и помощи в рациональном дизайне новых лекарств. Недавно было показано, что программа машинного обучения AlphaFold2 способна предсказывать эту 3D-информацию только на основе аминокислотной последовательности белка с точностью, близкой к экспериментальной. Теперь профессор Лука Йовине с кафедры бионаук и питания Каролинского института сообщает, что AlphaFold2 также можно применять для изучения молекулярных событий, которые изменяют форму белков после их синтеза, регулируя их взаимодействие с другими молекулами.

«Эта работа важна, потому что она поддерживает идею о том, что вычислительные подходы, лежащие в основе AlphaFold2 и родственных программ, таких как RoseTTAFold, имеют потенциал, который выходит далеко за пределы высокоточного предсказания структур отдельных белков», — говорит Йовине.

ИИ как подход в структурной биологии

Определение 3D-структуры белков традиционно было долгим, трудным и дорогостоящим процессом, зависящим от экспериментальных методов, таких как рентгеновская кристаллография, ядерный магнитный резонанс (ЯМР) и, совсем недавно, криоэлектронная микроскопия (крио-ЭМ). На этом фоне разработка инструментов машинного обучения, таких как AlphaFold2, была сразу признана важнейшим достижением, которое, несомненно, революционизирует структурную биологию. Однако применение ИИ к более сложным структурным проблемам, таким как понимание того, как белки взаимодействуют друг с другом, образуя комплексы, остаётся в значительной степени неисследованным.

В исследовании, первом в своём роде, опубликованном из Швеции, Йовине показывает, что AlphaFold2 может воспроизвести значительную часть сложных молекулярных перестроек, которые происходят, когда уромодулин — белок, защищающий наш организм от инфекций мочевыводящих путей, — собирается в филаменты после разрезания другой молекулой. Учитывая, что AlphaFold2 не имел информации о структуре филаментов уромодулина, этот удивительный результат предполагает, что тот же базовый подход может быть в целом применим ко многим другим биомедицински важным молекулярным системам, функция которых аналогичным образом регулируется после синтеза белка.

Исследование опубликовано в журнале Molecular Reproduction and Development.