Ang mga siyentipiko ay lumikha ng isang sistema ng "biological artificial intelligence"

Matagumpay na nakabuo ang mga siyentipiko ng Australia ng isang sistema ng pananaliksik na gumagamit ng "biological artificial intelligence" upang magdisenyo at mag-evolve ng mga molekula na may bago o pinahusay na mga function nang direkta sa mga selula ng mammalian. Sinabi ng mga mananaliksik na ang sistema ay kumakatawan sa isang malakas na bagong tool na maaaring makatulong sa mga siyentipiko na bumuo ng mas tiyak at epektibong mga gamot sa pananaliksik o mga gene therapies.

Ang sistema, na tinatawag na PROTEUS (PROTein Evolution Using Selection), ay gumagamit ng isang paraan na tinatawag na "directed evolution," isang pamamaraan sa laboratoryo na ginagaya ang natural na puwersa ng ebolusyon. Ngunit sa halip na tumagal ng mga taon o dekada, pinapabilis nito ang mga siklo ng ebolusyon at natural na pagpili, na lumilikha ng mga molekula na may mga bagong function sa loob lamang ng ilang linggo.

Ito ay maaaring magkaroon ng direktang epekto sa paghahanap ng bago, mas mabisang gamot. Halimbawa, maaaring gamitin ang system upang mapabuti ang mga teknolohiya sa pag-edit ng gene gaya ng CRISPR upang gawing mas epektibo ang mga ito.

"Ito ay nangangahulugan na ang PROTEUS ay maaaring gamitin upang makabuo ng mga bagong molekula na na-optimize upang gumana sa ating mga katawan, at maaari tayong lumikha ng mga bagong gamot na magiging mahirap o imposibleng gawin gamit ang kasalukuyang teknolohiya," sabi ng co-author ng pag-aaral na si Propesor Greg Neely, pinuno ng Dr John at Anne Chong Functional Genomics Laboratory sa University of Sydney.

"Ang pagiging bago ng aming trabaho ay ang direktang ebolusyon ay pangunahing gumagana sa mga bacterial cell, samantalang ang PROTEUS ay maaaring mag-evolve ng mga molecule sa mammalian cells."

Maaaring lutasin ng PROTEUS system ang mga problema sa isang hindi tiyak na solusyon - katulad ng kung paano naglalagay ng mga query ang user sa isang platform ng artificial intelligence. Halimbawa, ang problema ay maaaring kung paano epektibong "patayin" ang isang gene ng sakit sa katawan ng isang tao.

Pagkatapos, ang PROTEUS ay gumagamit ng direktang ebolusyon upang galugarin ang milyun-milyong posibleng mga pagkakasunud-sunod na hindi pa umiiral sa kalikasan, at nakahanap ng mga molekula na may mga katangian na lubos na iniangkop sa problema. Nangangahulugan ito na makakahanap ang PROTEUS ng mga solusyon na aabutin ng maraming taon upang mahanap ang isang mananaliksik ng tao — kung mahahanap nila ang mga ito.

Iniulat ng mga siyentipiko na sa tulong ng PROTEUS, nakabuo sila ng mga pinahusay na bersyon ng mga protina na mas madaling i-regulate sa mga gamot, pati na rin ang mga nanobodies (mini-bersyon ng mga antibodies) na maaaring makakita ng pinsala sa DNA, isang mahalagang proseso na nag-aambag sa pag-unlad ng kanser. Gayunpaman, tulad ng idiniin ng mga may-akda, ang aplikasyon ng PROTEUS ay hindi limitado dito: maaari itong magamit upang mapabuti ang paggana ng karamihan sa mga protina at molekula.

Ang mga resulta ay nai-publish sa Nature Communications. Ang pananaliksik ay isinagawa sa Charles Perkins Center sa University of Sydney sa pakikipagtulungan ng mga mananaliksik mula sa Centenary Institute.

Ang pagtuklas ng molecular machine learning

Ang orihinal na pag-unlad ng nakadirekta na paraan ng ebolusyon, na unang ipinatupad sa bakterya, ay ginawaran ng Nobel Prize sa Chemistry noong 2018.

"Ang pag-imbento ng nakadirekta na ebolusyon ay nagpabago sa kurso ng biochemistry. Ngayon, kasama ang PROTEUS, maaari tayong magprogram ng isang mammalian cell upang malutas ang isang genetic na problema kung saan wala tayong handa na sagot. Kung hahayaan natin ang system na tumakbo nang tuluy-tuloy, maaari nating subaybayan kung paano nito malulutas ang problema sa isang regular na batayan, "sabi ng lead researcher na si Dr Christopher Denes, mula sa Charles Perkins Center at sa School of Life and Environmental Sciences.

Ang pangunahing hamon na hinarap ni Denes at ng kanyang koponan ay kung paano gawing nababanat ang isang mammalian cell sa maraming cycle ng ebolusyon at mutasyon habang pinapanatili ang katatagan nito at pinipigilan ang system na "panloloko" sa pamamagitan ng paghahanap ng mga walang kuwentang solusyon na hindi nakakatugon sa gawain sa kamay.

Nakahanap ang mga siyentipiko ng solusyon sa paggamit ng mga particle na tulad ng chimeric virus, isang disenyo na binubuo ng panlabas na shell ng isang virus at ang mga gene ng isa pa. Pinigilan ng disenyong ito ang system mula sa "pandaya."

Pinagsama ng disenyo ang mga elemento ng dalawang magkaibang pamilya ng mga virus, na lumilikha ng "pinakamahusay sa magkabilang mundo." Ang resultang sistema ay nagpapahintulot sa mga cell na magproseso ng maraming iba't ibang posibleng solusyon nang magkatulad, na may mga pinahusay na solusyon na nagiging nangingibabaw at ang mga hindi tama ay nawawala.

"Ang PROTEUS ay matatag, matatag at napatunayan sa mga independiyenteng laboratoryo. Hinihikayat namin ang iba pang mga grupo ng pananaliksik na gamitin ang pamamaraang ito. Sa pamamagitan ng paggamit ng PROTEUS, inaasahan naming pasiglahin ang pagbuo ng isang bagong henerasyon ng mga enzyme, mga kasangkapan sa molekular at mga panterapeutika," sabi ni Dr. Denes.

"Ginawa naming bukas ang sistemang ito sa komunidad ng pananaliksik at inaasahan naming makita kung paano ito ginagamit. Ang aming layunin ay pahusayin ang mga teknolohiya sa pag-edit ng gene at pinuhin ang mga gamot sa mRNA para sa mas makapangyarihan at tiyak na mga epekto," idinagdag ni Propesor Neely.