Wissenschaftler verwenden KI-Algorithmen, um neue Materialien zu entwerfen, darunter synthetische Proteine zur Herstellung von gefälschtem Blutplasma und biologischen Flüssigkeiten, die sich in Zellen befinden.
Diese künstlichen Substanzen konnten natürliche Proteine unterstützen und ihre Eigenschaften verbessern, sagen Forscher. Das durch KI hergestellte Blutplasma könnte beispielsweise echte Protein-Biomarker bei Raumtemperatur auflösen und aufbewahren, ohne dass eine Kühlung erforderlich ist.
Alle Daten zeigen, dass wir dieses Design-Framework, diese Philosophie verwenden können, um Polymere bis zu einem Punkt zu erzeugen, an dem das biologische System nicht mehr erkennen kann, ob es sich um ein Polymer oder ein Protein handelt
In einem anderen Experiment wurde in Reagenzgläsern eine Lösung hergestellt, die eine Mischung aus gefälschten Polymeren enthielt, um Cytosol nachzuahmen, die Flüssigkeit, die sich in Zellen befindet. Wenn Ribosomen, Moleküle, die RNA enthalten, hinzugefügt wurden, funktionierten sie weiterhin normal und produzierten Proteine, als ob sie in einer echten Zelle arbeiten würden.
Ting Xu, Professor für Chemie sowie Materialwissenschaft und -technik an der University of Berkeley, leitete die Forschung und glaubt, dass KI neue Polymere entwickeln kann, um biologische Proteine zu verstärken. Proteine sind eine Art Polymer, Moleküle, die aus einer Folge kleinerer, sich wiederholender Einheiten bestehen. In Proteinen sind die Bausteine 20 verschiedene Aminosäuren.
„Grundsätzlich zeigen alle Daten, dass wir dieses Design-Framework, diese Philosophie verwenden können, um Polymere bis zu einem Punkt zu erzeugen, an dem das biologische System nicht mehr erkennen kann, ob es sich um ein Polymer oder ein Protein handelt“, sagte Xu ein Statement. „Im Grunde täuschen wir die Biologie.
Das Deep-Learning-Modell, ein modifizierter Variations-Autoencoder (VAE), lernte, Merkmale zu kodieren, die Proteinstrukturen ihrer Funktion zuordnen, und wurde verwendet, um neue Materialien mit spezifischen Eigenschaften zu entwerfen. „Wir betrachten den Sequenzraum, den die Natur bereits entworfen hat, wir analysieren ihn, wir passen das Polymer an das an, was die Natur bereits entwickelt hat, und sie funktionieren“, Xu sagte.
„Es wurde mit natürlichen Proteinen trainiert, indem Proteine in kurze Segmente zerlegt wurden. Indem wir die chemischen Eigenschaften dieser evolutionär ausgewählten Segmente bündeln, entwickeln wir eine Blaupause für das nachzuahmende Polymer“, erklärte sie Das Register.
Das System, beschrieben in einem Papier veröffentlicht in Nature ermöglicht es Forschern, hybride biologische Systeme zu entwerfen oder bestehenden Materialien neue Eigenschaften zu verleihen. Wissenschaftler könnten beispielsweise neue Kunststoffpolymere herstellen, die sich im Laufe der Zeit auf natürliche Weise abbauen, um Abfall zu bekämpfen, oder synthetische Proteine entwickeln, um Medikamente abzugeben oder biologische Prozesse wie die Photosynthese zu verbessern.
Xu glaubt, dass Wissenschaftler anfangen müssen, synthetische Proteine auf neue Weise zu entwerfen, und weniger Wert darauf legen, natürliche Strukturen nachzuahmen. Im Gegensatz zu echten Proteinen bestanden die von KI hergestellten Polymere aus nur fünf oder sechs verschiedenen Aminosäuren, wodurch sie weniger komplex und einfacher zu synthetisieren waren.
„Die Food and Drug Administration hat seit Jahrzehnten kein neues Material für Polymer-Biomaterialien zugelassen, und ich denke, der Grund dafür ist, dass viele synthetische Polymere nicht wirklich funktionieren – wir verfolgen die falsche Richtung“, sagte sie. „Wir lassen uns nicht von der Biologie sagen, wie das Material zu gestalten ist. Wir betrachten individuelle Pfade, individuelle Faktoren und nicht das Ganze.“ ®
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- Quelle: https://go.theregister.com/feed/www.theregister.com/2023/03/22/ai_model_design_proteins/
