Искусственный интеллект решил проблему фолдинга белков — Naked Science
7 минут
Сергей Васильев
1

Искусственный интеллект решил проблему фолдинга белков

6.9

Нейросеть AlphaFold впервые в истории смогла точно предсказать пространственную форму сложных белков по их аминокислотной последовательности.

©Argonne National Laboratory

Искусственный интеллект решил задачу, которая уже около полувека остается одной из самых актуальных для биологии: предсказание третичной структуры белков по первичной. Теперь, зная аминокислотную последовательность крупной белковой молекулы, можно будет рассчитать ее трехмерную пространственную конфигурацию. О достижении сообщается в пресс-релизе, распространенном британским стартапом DeepMind.

Дело в том, что свойства и функции белков определяются их трехмерной структурой, и многие важные находки о том, как именно они работают, сделали на основе именно таких структур. Десятилетиями для этого применяют такие методы, как рентгеновская кристаллография, ядерный магнитный резонанс или криоэлектронная микроскопия — длительные, сложные и трудоемкие. Однако даже они не всегда справляются; в результате сегодня установлены 3D-структуры примерно 170 тысяч белков из около 200 миллионов, известных науке.

Между тем в природе третичная структура белков определяется первичной — последовательностью аминокислот, которые образуют цепочки этих молекул: они складываются естественным образом, сами по себе. Этот процесс называют «укладкой», фолдингом белка. Неудивительно, что долгие годы ученые стремились к тому, чтобы моделировать его математически. Задача оказалась настолько сложна, что даже применение суперкомпьютеров здесь не слишком помогло: число вариантов, которые требуется рассчитать для молекул, состоящих из сотен аминокислот, получается астрономическим.

©DeepMind

Чтобы стимулировать работы в этом направлении, с 1994-го каждые два года проводят испытания CASP (Critical Assessment of protein Structure Prediction — «Критическая оценка предсказания структуры белков»). Создатели подобных проектов и алгоритмов со всего мира получают аминокислотные последовательности примерно сотни белков, структуры которых еще неизвестны, и пытаются вычислить их с помощью своих моделей. Параллельно в лабораториях работают ученые, действующие «классическими» методами структурной биологии. Затем полученные структуры сравнивают, вычисляя величину совпадения — GDT.

Значения GDT от 90 до 100 считают точным предсказанием структуры, и для коротких пептидов, состоящих из нескольких десятков аминокислот этого удалось добиться еще в 1990-х. Однако для белков, включающих сотни аминокислот, GDT долгие годы держались на «позорном» уровне — около 20. Лишь несколько лет назад, используя сложнейшие алгоритмы, эту цифру удалось довести до 40, чего по-прежнему недостаточно.

Средние результаты GDT на конкурсах прошлых лет и 2020-го; красная линия — результаты AlphaFold. Значения на оси абсцисс соответствуют сложности моделируемых белков / ©Chris Bickel, Science

С 2018 года в конкурсе CASP участвует и проект AlphaFold, который разрабатывает британская компания DeepMind — та самая, в которой ранее создали ИИ, побеждающий профессионалов игры го. Уже тогда AlphaFold оказался лидером рейтинга, продемонстрировав GDT на уровне до 60 даже для сложнейших структур. К конкурсу 2020 года ИИ усовершенствовали и обучили на 170 тысячах известных белковых структур. На испытаниях он оказался способен предсказывать фолдинг со средним GDT более 92 и свыше 87 — для наиболее сложных молекул.

Специалисты уже называют это событие одним из важнейших прорывов последних лет. Возможно, вскоре нейросети позволят рассчитывать трехмерные структуры белков «на лету», по мере необходимости. Задача, которая прежде была настолько сложна, что авторы некоторых таких работ удостаивались Нобелевской премии, станет рутиной.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 08:45
11 минут
Мария Азарова

Американские ученые показали, что РНК коронавируса SARS-CoV-2 проходит через обратную транскрипцию, встраивается в геном инфицированной клетки и экспрессируется в виде «химерных» транскриптов, сливающихся с вирусными с клеточными последовательностями.

11 часов назад
8 минут
Мария Азарова

Блокирование рецептора, который помогает сохранять энергию в условиях голода, назвали ключом к более безопасным профилактике и лечению ожирения, вызванного неправильным образом жизни.

Вчера, 16:37
4 минуты
Ольга Иванова

Ученые из США выявили ряд подводных камней, связанных с повторным использованием мобильных номеров. Такие вещи могут нести в себе угрозу безопасности, связанную с захватом аккаунтов, фишинговыми и спам-атаками и даже препятствиями для регистрации в онлайн-сервисах.

Вчера, 08:45
11 минут
Мария Азарова

Американские ученые показали, что РНК коронавируса SARS-CoV-2 проходит через обратную транскрипцию, встраивается в геном инфицированной клетки и экспрессируется в виде «химерных» транскриптов, сливающихся с вирусными с клеточными последовательностями.

8 мая
37 минут
Александр Березин

Филипп Мандей основал целое направление исследований: он первым установил, что закисление океанов — последствие глобального потепления — угрожает обонянию и умению ориентироваться у морских рыб. Само собой, это создает угрозу их вымирания. Долго оставалось загадкой только одно: как существующие виды рыб перенесли серьезное закисление океана при прошлых изменениях климата. Теперь все проясняется: похоже, Мандей обнаружил эффект, которого никогда не было. Интересно, что вместе с ним его наблюдали еще 179 ученых — и теперь все они оказались в центре чудовищного скандала. Попробуем разобраться в деталях.

8 мая
13 минут
Александр Речкин

В учебниках истории XX века, на сотнях плакатах и в десятках кинофильмах о Второй мировой войне мы видели знаменитые танки, «катюши» и бороздящие небеса Ил-2. Давайте проверим, сможете ли вы отличить советскую военную технику от машин союзников и стран «оси».

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

23 апреля
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

25 апреля
17 минут
Александр Березин

На этой неделе СМИ выдали новость, от которой можно впасть в шок: «Ранее из России уезжало около 14 тысяч исследователей [в год], теперь — 70 тысяч». Мы внимательно разобрались в ситуации и вынуждены отметить, что ничего подобного не было и нет. В реальности речь вовсе не об ученых и даже не о высококвалифицированных специалистах. Проблемы с учеными в России есть. Но в этом случае речь идет не о них, а о том, что отдельные бывшие комсомольские вожаки, удачно устроившиеся в РАН, перепутали утечку мозгов из России с отъездом из нее гастарбайтеров. Разбираемся, как это у них получилось.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий

01.12.2020
-
0
+
Хоть какое-то полезное применение ИИ на нейросетях нашли
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: