TL;DR
- پروتئینها بسیار بیشتر از مواد مغذی هستند که در برچسب مواد غذایی ردیابی میکنیم.
- آنها در هر سلول بدن ما مانند ماشینهای مولکولی طبیعت کار میکنند.
- آنها برای انجام کارهای خود راه میروند،.
چه اتفاقی افتاد
پروتئینها بسیار بیشتر از مواد مغذی هستند که در برچسب مواد غذایی ردیابی میکنیم. آنها در هر سلول بدن ما مانند ماشینهای مولکولی طبیعت کار میکنند.
آنها برای انجام کارهای خود راه میروند،. کشش مییابند،.
خم میشوند و خم میشوند،. خون پمپاژ میکنند،.
با بیماریها مبارزه میکنند،. بافت میسازند و بسیاری از کارهای دیگر که برای چشم قابل دیدن نیستند.
قدرت آنها فقط از شکل نیست، بلکه از نحوه حرکت آنها ناشی میشود. در سالهای اخیر،.
هوش مصنوعی به دانشمندان این امکان را داده است که ساختارهای پروتئینی کاملاً جدیدی را طراحی کنند که. در طبیعت یافت نمیشوند و برای عملکردهای خاص مانند اتصال به ویروسها یا تقلید از خواص مکانیکی ابریشم.
برای مواد پایدار طراحی شدهاند. اما طراحی برای ساختار به تنهایی مانند ساخت یک بدنه خودرو بدون هیچ کنترلی بر نحوه عملکرد موتور.
است. ارتعاشات ظریف، جابجاییها و دینامیک مکانیکی یک پروتئین به اندازه شکل آن برای عملکرد آن حیاتی است.
اکنون مهندسان MIT گام بزرگی برداشته اند. با توسعه یک مدل هوش مصنوعی موسوم به VibeGen، شکاف را از بین ببرید.
اگر کدنویسی vibe به برنامهنویسان اجازه میدهد آنچه را که میخواهند توصیف کنند و سپس هوش مصنوعی نرمافزار. را تولید کند،.
VibeGen همین کار را برای مولکولهای زنده انجام میدهد:. vibe - الگوی حرکتی که میخواهید را مشخص کنید - و مدل پروتئین را مینویسد.
مدل جدید به دانشمندان اجازه میدهد تا نحوه خم شدن،. ارتعاش و جابجایی یک پروتئین را در پاسخ به محیطش بین اشکال مورد نظر هدف قرار دهند و.
مرز جدیدی را در طراحی مکانیک مولکولی باز کند. VibeGen بر روی مجموعهای از پیشرفتهای آزمایشگاه Buehler در هوش مصنوعی عاملی برای علم ساخته شده.
است - سیستمهایی که در آنها چندین مدل هوش مصنوعی بهطور مستقل برای حل مشکلات بسیار پیچیده. برای هر مدلی با هم همکاری میکنند.
مارکوس بوهلر،. بخش مهندسی عمران و جری مک آفی در بخش مهندسی عمران و پروفسور جری مک آفی میگوید:.
جوهر زندگی در سطوح مولکولی بنیادی نه تنها در ساختار،. بلکه در حرکت نهفته است.
مهندسی و مهندسی مکانیک. «همه چیز از تا شدن پروتئین گرفته تا تغییر شکل مواد تحت تنش از قوانین اساسی فیزیک پیروی.
میکند.» بوهلر و فوق دکترای سابقش،. بو نی،.
نیاز اساسی به آنچه که هوش مصنوعی آگاه از فیزیک مینامند شناسایی کردند:. سیستمهایی که قادر به استدلال در مورد حرکت هستند،.
نه فقط عکسهای فوری از ساختار مولکولی. بولر میافزاید:.
«هوش مصنوعی باید فراتر از تجزیه و تحلیل فرمهای ایستا باشد تا درک کند که ساختار و. حرکت چگونه اساساً در هم تنیده شده اند.» رویکرد جدید که در مقالهای در 24 مارس در.
مجله Matter شرح داده شد،. از هوش مصنوعی مولد برای ایجاد پروتئینهایی با دینامیک سفارشی استفاده میکند.
آموزش هوش مصنوعی برای تفکر در مورد حرکت انقلاب در علم پروتئین مبتنی بر هوش مصنوعی،. عمدتاً یک انقلاب در ساختار بوده است.
ابزارهایی مانند AlphaFold مشکل چندین دهه پیشبینی شکل سهبعدی پروتئین را حل کردند. مدلهای مولد موجود یاد گرفتند که اشکال جدید را از ابتدا طراحی کنند.
اما در تمرکز بر روی عکس فوری تا شده - پروتئینی که در جای خود منجمد شده است. - این میدان تا حد زیادی خاصیتی را که باعث کارکرد پروتئینها میشود کنار گذاشته است:.
حرکت آنها. بولر میگوید: «پیش بینی ساختار آنقدر چالش بزرگ بود که توجه میدان را به خود جلب کرد.
اما شکل یک پروتئین تنها یک فریم از یک فیلم بسیار طولانیتر است،. و فضای طراحی در فضا و زمان گسترش مییابد،.
جایی که ساختار روی یک منیفولد بسیار وسیعتر قرار دارد. دانشمندان میتوانند پروتئینی با معماری خاصی طراحی کنند.
آنها هنوز نمیتوانند مشخص کنند که این پروتئین پس از ساخته شدن چگونه حرکت میکند،. خم میشود یا میلرزد.
VibeGen این کار را انجام میدهد. کاری که هیچ ابزار طراحی پروتئین قبلا انجام نداده است.
مشکل سنتی را وارونه میکند. به جای این که بپرسید "این دنباله چه شکلی ایجاد میکند؟
" این سوال میپرسد:. «چه دنبالهای باعث میشود پروتئین دقیقاً به این شکل حرکت کند؟» برای ساخت VibeGen،.
Buehler و Ni به کلاسی از مدلهای انتشار هوش مصنوعی روی آوردند،. همان فناوری زیربنایی که تولیدکنندگان تصویر هوش مصنوعی را قادر میسازد تا تصاویر واقعی را از نویز خالص.
ایجاد کنند. در مورد VibeGen،.
مدل با دنبالهای تصادفی از اسیدهای آمینه شروع میشود و آن را گام به گام پالایش میکند تا. زمانی که به دنبالهای که پیشبینی میشود ارتعاش و بهطور هدفمند خم شود،.
همگرا شود. این سیستم از طریق دو عامل همکار که یکدیگر را طراحی و به چالش میکشند، کار میکند.
یک "طراح" دنبالههای نامزدی را با هدف پروفایل حرکت هدف پیشنهاد میکند. یک «پیشبینیکننده» آن نامزدها را ارزیابی میکند و میپرسد که آیا واقعاً همانطور که طراح در نظر گرفته.
حرکت میکنند یا خیر. دو مدل تکرار و مانند یک گفتگوی داخلی،.
تا زمانی که طرح به چیزی که هدف را برآورده میکند،. تثبیت شود.
با مشخص کردن این اثر انگشت ارتعاشی بهعنوان ورودی طراحی،. VibeGen منطق معمول را معکوس میکند:.
دینامیک به طرح اولیه تبدیل میشود و ساختار به دنبال آن است. Ni میگوید: «این یک سیستم مشارکتی است.
«طراح پیشنهاد میدهد،. پیشبینیکننده نقد میکند،.
و طراحی از طریق این تنش بهبود مییابد.» بیشتر سکانسهایی که VibeGen تولید میکند کاملاً de novo هستند،. نه از طبیعت وام گرفته شدهاند،.
نه تغییری در چیزی که تکامل قبلاً ساخته شده است. برای تأیید اینکه این طرحها واقعاً کار میکنند،.
تیم شبیهسازیهای مولکولی مبتنی بر فیزیک دقیق انجام داد،. و پروتئینها دقیقاً مطابق با الگوهایی که VibeGen هدف قرار داده بود،.
رفتار کردند،. خم میشدند و میلرزیدند.
یکی از بارزترین یافتههای این مطالعه این است که بسیاری از توالیها و چینهای پروتئینی مختلف میتوانند همان. هدف ارتعاشی را برآورده کنند.
انحطاط جایی که تکامل بر روی یک راهحل همگرا میشود،. VibeGen یک خانواده کامل از جایگزینها را نشان میدهد:.
پروتئینهایی با ساختارها و توالیهای مختلف که با این وجود به یک روش حرکت میکنند. بولر میگوید: «این نشان میدهد که طبیعت تنها کسری از آنچه ممکن است را کشف کرده است.
"برای هر رفتار دینامیکی معین،. ممکن است فضای بزرگ و دست نخوردهای از طرحهای قابل دوام وجود داشته باشد.
" یک مرز جدید در مهندسی مولکولی کنترل دینامیک پروتئین میتواند کاربردهای گستردهای داشته باشد. در پزشکی، پروتئینهایی که میتوانند شکلشان را تغییر دهند، پتانسیل بسیار زیادی دارند.
بسیاری از پروتئینهای درمانی با اتصال به یک مولکول هدف - یک ویروس،. یک سلول سرطانی،.
یک گیرنده نادرست عمل میکنند. نحوه اتصال آنها نه تنها به شکل آنها بستگی دارد،.
بلکه به میزان انعطاف پذیری آنها با هدف خود بستگی دارد. پروتئینی که با حرکت مهندسی شده باشد،.
میتواند با دقت بیشتری چنگ بزند،. فعل و انفعالات ناخواسته را کاهش دهد و در نهایت به یک پروتئین امنتر تبدیل شود.
داروی مؤثرتر. در علم مواد،.
که حوزهای از تحقیقات بوهلر است،. خواص مکانیکی در مقیاس مولکولی بر عملکرد آنها تأثیر میگذارد.
مواد بیولوژیکی مانند ابریشم و کلاژن استحکام و انعطاف پذیری خود را از حرکت هماهنگ اجزای سازنده مولکولی. خود بدست میآورند.
طراحی پروتئینهایی که سفتتر،. منعطفتر،.
یا به روش خاصی مرتعش میشوند،. میتواند منجر به الیاف جدید پایدار،.
مواد مقاوم در برابر ضربه،. یا جایگزینهای زیست تخریبپذیر برای پلاستیکهای مبتنی بر نفت شود.
بوهلر احتمالات بیشتری را در نظر میگیرد:. مواد ساختاری برای ساختمانها یا وسایل نقلیه که شامل اجزای مبتنی بر پروتئین هستند که با واکنشهای سنگین.
و تحقیقاتی سازگار میشوند. برای مشخص کردن حرکت بهعنوان یک پارامتر طراحی مستقیم،.
VibeGen با پروتئینها کمتر شبیه اشکال ثابت و بیشتر شبیه دستگاههای مکانیکی قابل برنامهریزی رفتار. میکند.
پلهای پیشرو هوش مصنوعی،. پزشکی،.
زیستشناسی مصنوعی،. و مهندسی مواد - به سوی آیندهای که در آن ماشینهای مولکولی را میتوان با همان دقت و.
هدفمندی پلها،. موتورها یا ریزتراشهها طراحی کرد.
VibeGen میتواند به قلمروی ناشناخته وارد شود و طرحهای پروتئینی را فراتر از فهرست تکامل پیشنهاد کند،. اگر موتور جدید آن را بهصورتی که موتور طراحی شده است،.
کاملاً مطابق با طراحی خاص خودمان طراحی کنیم. بوهلر میافزاید:.
«ماشینهای مولکولی در صورت تقاضا.» محققان قصد دارند این مدل را بیشتر اصلاح کنند و طرحهای. خود را در آزمایشگاه تأیید کنند.
آنها همچنین امیدوارند طراحی آگاه از حرکت را با سایر ابزارهای هوش مصنوعی ادغام کنند و به سمت. سیستمهایی بسازند که بتوانند پروتئینها را نه تنها پویا،.
بلکه چند منظوره طراحی کنند. ماشینهایی که محیط خود را حس میکنند، به سیگنالها پاسخ میدهند و در زمان واقعی تطبیق مییابند.
او میگوید: «ما «حالت» را به یک استعاره، یک احساس، چیزی ذهنی تبدیل کرده ایم. اما برای یک پروتئین، جو فیزیک است.
این الگوی واقعی حرکت است که تعیین میکند مولکول چه کاری میتواند انجام دهد،. همان ماشین زندگی.» این تحقیق توسط وزارت کشاورزی ایالات متحده،.
آزمایشگاه هوش مصنوعی MIT-IBM واتسون AI و ابتکار هوش مصنوعی MIT پشتیبانی شد.
چرا مهم است
اهمیت این خبر در این است که روی استفاده واقعی از AI و تصمیمگیری سازمانی اثر میگذارد.
منبع
لینک منبع اصلی در کارت و صفحه مقاله نمایش داده میشود.