Biyolojinin Gizemlerinden Biri Yapay Zeka Sayesinde Çözüldü

Bilim insanları, biyolojinin en büyük gizemlerinden birinin yapay zeka sayesinde “büyük oranda çözüldüğünü” açıkladı.

Proteinlerin üç boyutlu bir şekilde nasıl katlandığını hesaplayabilmek yarım yüzyıldır bilim insanlarının hedeflerinden biriydi. Bilimsel bir yarışma düzenleyen organizatörler, Londra merkezli yapay zeka laboratuvarı DeepMind’ın bu gizemi büyük oranda çözdüğünü duyurdu. Proteinlerin şekillerini anlamak, hastalıkları tedavi eden ilaçlar üretmek için kritik öneme sahip. DeepMind’ın bu buluşunun özellikle korona hastalığa dair araştırmayı hızlandırması bekleniyor.

Yapay zeka programının pahalı ve uzun zaman alan laboratuvar yöntemleriyle kıyaslanabilecek bir başarıyla proteinlerin şekillerini ortaya koyabileceği belirtiliyor. California Üniversitesi’nden Dr. Andriy Kryshtafovych, “Proteinlerin şekillerini hızlı ve isabetli bir şekilde belirleyebilmenin bilimde bir devrim yaratma potansiyeline sahip.”olduğunu söylüyor.

Proteinler nedir?

Bütün canlılarda bulunan proteinler yaşam için gerekli olan kimyasal süreçlerde temel bir rol oynar. Aminoasit zincirlerinden oluşan proteinler sonsuz sayıda farklı türde katlanarak değişik şekiller alabilir. Pek çok hastalık proteinlerin kimyasal reaksiyonlardaki katalizör rolleri (enzimler), hastalıklarla mücadeledeki rolleri (antikorlar) veya kimyasal bilgi iletimindeki rolleri (insülin gibi hormonlar) ile ilişkilidir.

Maryland Üniversitesi’nden Dr. John Moult “Bu hayati moleküllerin şekillerindeki en ufak değişiklik bile sağlığımızda felaket etkilere yol açabilir” diyor ve ekliyor: “Bu yüzden bir hastalığı anlamak ve tedavi yöntemi bulmak için en etkili yollardan biri, bu sürece dahil olan proteinleri anlamaktır. “İnsanlarda on binlerce protein vardır. Diğer türlerde ise milyonlarca. Bunlara virüsler ve bakteriler de dahil. “Fakat bu proteinlerden yalnızca birinin şeklini anlayabilmek pahalı ekipmanlarla yıllarca süren çalışmalar gerektiriyordu.”

Şekilleri nasıl oluşuyor? 1972’de Christian Anfinsen aminoasitlerin dizilimini bildikten sonra proteinlerin şekillerinin hesaplanabileceğini gösteren çalışmasıyla Nobel Ödülü kazandı. Bunu başarabilmek için her yıl 20’den fazla ülkeden bilim insanlarından oluşan ekipler, aminoasit dizilimleri bilinen yaklaşık 100 proteinin şekillerini bilgisayar programlarıyla hesaplamaya çalışıyor. Aynı anda biyologlar laboratuvarlarda x-ray kristalografi ve NMR spektroskopi gibi geleneksel yöntemlerle proteindeki her atomun konumlarını ortaya çıkarıyor. Sonrasında Protein Yapısı Tahmini Tekniklerinin Eleştirel Değerlendirilmesi Üzerine Topluluk Genelinde Deney adlı ekipten bilim insanları tahminler ile gerçekleri karşılaştırıyor. Deney ekibi tahminlerin doğruluğuna göre 0-100 arasında notlar veriyor. DeepMind’ın AlphaFold adlı programıyla ulaştığı 90 skoru, laboratuvarda kullanılan tekniklere denk olarak görülüyor.

Nasıl başardılar?

AlphaFold programı makine öğrenmesi denilen bir süreçle, Kamusal Protein Veri Tabanı’nda bulunan proteinleri ve şekillerini inceledi. Yapay zeka, oradan edindiği bilgilerle yola çıkarak yeni proteinlerin şekillerini yüzde 90 oranında doğrulukla hesaplamayı başardı.

Bu bilgi ne işe yarayacak?

Proteinlerin yapısını bu şekilde hesaplayabilmek kanser, demans, bulaşıcı hastalıklar gibi hastalıkları anlamak ve bunlara yönelik ilaç geliştirmek için kritik öneme sahip.  Bunun örneklerinden biri SARS-Cov-2. Bilim insanları Covid-19 hastalığına yol açan bu virüsün insan hücreleriyle etkileşime girmesini sağlayan taç şeklindeki proteinleri inceliyor. Deney ekibinin eski katılımcısı ve denetleyicisi olan University College London’dan Prof. Andrew Martin “Proteinin nasıl katlandığı, fonksiyonu açısından belirleyici” diyor ve ekliyor: “Bunu bilmek sağlık için de hastalık için de önemli. Yalnızca enfeksiyonları değil, kalıtımsal bazı hastalıkları da çözebiliriz.” İngiltere’deki Avrupa Biyoenformatik Enstitüsü’nden Prof. Dam Janet Thornton bunu öğrenmenin evrimi anlamayı da kolaylaştıracağını söylüyor.

Bundan sonra ne olacak?

Diğer bilim insanları yapay zekanın ürettiği verileri detaylıca inceleyecek ve testlere tabi tutacak. Bu konu etrafında hâlâ bilinmeyen başka şeyler de var. Birden fazla proteinin nasıl bir araya geldiği, proteinlerin DNA ve RNA gibi moleküllerle nasıl etkileştiği gibi konular bunlar arasında. Dr. Kryshtafovych, “Tekil proteinler için problemin büyük bir kısmı çözüldüğüne göre kompleks proteinlerin şekillerini tespit etmeye giden yol da açıldı. Bunlar yaşamın makineleri” diyor.