หน้าที่ของโปรตีนถูกกำหนดโดยโครงสร้าง และโครงสร้างนั้นถูกกำหนดโดยลำดับของกรดอะมิโน ซึ่งเป็นหน่วยพื้นฐานของโปรตีน วิธีการออกแบบโปรตีนใหม่ๆ หลายวิธี รวมถึงการจับกับโมเลกุลที่ก่อโรคในเซลล์ ต้องผ่านกระบวนการสองขั้นตอน คือการกำหนดโครงสร้างก่อน แล้วจึงใช้เฟรมเวิร์กของแมชชีนเลิร์นนิงสร้างชุดของลำดับที่อาจมีโครงสร้างนั้น
ในธรรมชาติ ลำดับกรดอะมิโนที่แตกต่างกันหลายอย่างสามารถพับตัวเป็นโครงสร้างเดียวกันได้ ดังนั้น ความท้าทายเมื่อใช้ AI ในการออกแบบโปรตีนใหม่คือการนำ AI ไปสู่การ ‘มองเห็น’ ว่ามีคำตอบที่เป็นไปได้หลายอย่าง ซึ่งหมายถึงลำดับที่แตกต่างกันจำนวนมากสามารถนำไปสู่การพับตัวเดียวกันได้
Amy E. กล่าวว่า ในอดีต การวัดความสำเร็จมักอยู่ที่ว่าโมเดลสามารถทำซ้ำลำดับโปรตีนที่วิวัฒนาการเลือกได้หรือไม่ แต่งานของพวกเขาชี้ว่านี่ไม่ใช่ตัวชี้วัดที่ดีที่สุดสำหรับการออกแบบโปรตีน สิ่งที่พวกเขาสนใจคือความน่าจะเป็นที่ลำดับที่สร้างขึ้นจะพับเป็นโครงสร้างที่ต้องการ และความเข้าใจของโมเดลเกี่ยวกับภูมิทัศน์ของลำดับ-พลังงาน รวมถึงการทำนายผลกระทบของการกลายพันธุ์ต่อความเสถียรของโปรตีน
Keating เสริมว่า วิธีการของพวกเขากำลังขับเคลื่อนสาขานี้ไปสู่การออกแบบโปรตีนใหม่ที่มีประโยชน์สำหรับหลากหลายการใช้งาน พร้อมทั้งวางรากฐานที่แข็งแกร่งสำหรับการพัฒนาในอนาคต
ศัพท์ที่ควรรู้
- Amino acids – กรดอะมิโนคือหน่วยพื้นฐานที่ประกอบกันเป็นโปรตีน
- Protein structure – โครงสร้างโปรตีนคือรูปแบบการพับตัวของโปรตีนซึ่งกำหนดหน้าที่ของมัน
- Machine-learning framework – เฟรมเวิร์กแมชชีนเลิร์นนิงคือเครื่องมือที่ใช้ AI ในการสร้างลำดับโปรตีน
- Sequence-energy landscape – ภูมิทัศน์ของลำดับ-พลังงานคือการทำความเข้าใจว่าลำดับกรดอะมิโนส่งผลต่อพลังงานและการพับตัวอย่างไร
ที่มา: news.mit.edu