على مدى عقود، كان العلماء يحاولون إكتشاف كيفية التنبؤ السريع بالشكل الملتوي والمتشابك للبروتينات، ومن ثم الحصول عن فهم أكبر لآلية الحياة نفسها.
وظهر ان برنامج الذكاء الإصطناعي الذي أنشأته شركة DeepMind التابعة لشركة Alphabet قد نجح في التغلب على ذلك التحدي تقريباً، وتوقع الطريقة التي تتحول بها البروتينات بشكل هياكل ثلاثية الأبعاد في نتائج إحدى منافسات العلوم، وإعتبر الحكام هذا على أنه نجاح ساحق.
قال جون مولت، عالم الأحياء الحسابية والأستاذ في جامعة ميريلاند، الذي شارك في تأسيس مسابقة التقييم النقدي لتقنيات التنبؤ ببنية البروتين (CASP) في عام 1994، “تم حل المشكلة بشكل ما”. وقالت جانيت ثورنتون الأستاذة في المعهد الأوروبي للمعلومات الحيوية في بيان صادر عن منظمي المسابقة يوم الإثنين، “إن العمل على حل المشكلة كان بمثابة إنتصار للفضول والسعي والذكاء البشري. إن الفهم الأفضل لهياكل البروتين والقدرة على التنبؤ بها بإستخدام الكمبيوتر يعني فهماً أفضل للحياة والتطور وبالطبع صحة الإنسان والمرض”.
تحتوي خلايا جميع الكائنات الحية على آلاف البروتينات، وهي خلايا عاملة تحفز معظم التفاعلات الكيميائية في الجسم. إنها ضرورية للحياة، من وظيفة العضلات إلى حمل الأكسجين في الدم، وهي أيضاً مفتاح لأمراض مثل السرطان وحتى وباء COVID-19. يبدأ البروتين كشريط من الأحماض الأمينية، ثم يتفتت إلى شكل متشابك فريد ثلاثي الأبعاد. إن هذا هو الشكل الذي يرتبط مباشرة بوظيفة البروتين.
لقد إحتار العلماء لمدة نصف قرن حول كيفية التنبؤ بدقة وبسرعة بتشكيل البروتين من بين عدد كبير لا يمكن فهمه من الإحتمالات قد يتخذها البروتين بالنظر إلى سلسلة الأحماض الأمينية، وهي عملية قد تستغرق سنوات في المختبر.
تضمنت مسابقة CASP حوالي 100 فريق تم إعطاؤهم تسلسل الأحماض الأمينية لعشرات البروتينات وكُلفوا بالتنبؤ بأشكالها النهائية، والتي كانت معروفة للمنظمين فقط. أذهل برنامج AlphaGo العالم، من تصميم DeepMind في عام 2016، بفوزه على لاعب بشري محترف في لعبة “Go” اللوحية الإستراتيجية المعقدة. وهذه المرة تقدم برنامج AlphaFold إلى صدارة مسابقة CASP، حيث قال المنظمين أنه “حدد شكل العديد من البروتينات إلى مستوى من الدقة يمكن مقارنته مع التجارب المعملية الباهظة الثمن والتي تستغرق وقتًا طويلاً”.
قال أندريه لوباس، عالم الأحياء التطوري في معهد ماكس بلانك لبيولوجيا التنمية والذي كان جزءاً من فريق التقييم، أن AlphaFoldساعده في تحديد بنية البروتين الذي كان مختبره يحاول تحديده منذ عشر سنوات. وقال “هذا سيغير الطب، وسيغير البحث، وسيغير الهندسة الحيوية، وسيغير كل شيء”.
قال ديريك لوي، الذي يكتب عن إكتشاف وصناعة الأدوية لـ Science Translational Medicine، أن تنائج AlphaFold لا تعني أن البرنامج بإمكانه أن يأتي بنتائج صحيحة دائماً. وقال “لكن الحصول على هذا المستوى من الدقة الهيكلية على العديد من البروتينات المتنوعة هو أمر لم يحدث من قبل”.
وقالت شركة DeepMind إنها تبحث في كيفية مساعدة البرنامج في زيادة المعرفة بأمراض معينة، على سبيل المثال لتحديد ما إذا كان البروتين قد تعطل. وقالت في بيان “أن هذه الأفكار يمكن أن تساعد بعمل أكثر دقة في تطوير الأدوية، وإستكمال الأساليب التجريبية الحالية لإيجاد علاجات واعدة بشكل أسرع”.
وأضافت الشركة أنها كانت تعمل على “إستكشاف أفضل السبل لتوفير وصول أوسع إلى نظامها الجديد”.
