Perşembe, Ekim 22, 2020

Sudoku Çözen Algoritma, Protein Molekülleri İçin Umut Vaat Ediyor!

Toronto Üniversitesi’ndeki bilişimsel biyologlar, ince ayarlanmış terapötikler olarak sunulan yeni protein molekülleri oluşturma potansiyeline sahip bir yapay zeka algoritması geliştirdiler.

U of T Tıp Fakültesi Donnelly Hücresel ve Biyomoleküler Araştırma Merkezi’nde moleküler genetik ve bilgisayar bilimi profesörü olan Philip M. Kim liderliğindeki ekip, tamamen yeni bir protein tasarlayabilen bir grafik sinir ağı olan ProteinSolver’ı geliştirdi. Araştırmacılar, kısıtlamaları kavramsal açıdan protein moleküllerine benzeyen Japon sayı bulmacası olan Sudoku’ndan ilham aldılar. Bulguları, Cell Systems dergisinde yayınlandı.

Kim, “Bir protein molekülünü bir ağ olarak tasvir ettiğinizde Sudoku ile paralellik ortaya çıkıyor” diyor. Proteinlerin grafik biçimde tasvir edilmesinin hesaplamalı biyolojide standart uygulama olduğunu da ekliyor.

Yeni sentezlenmiş bir protein, o proteinin gen kodundaki talimatlara göre birbirine dikilmiş bir amino asit dizisidir. Amino asit polimeri daha sonra kendi içinde ve çevresinde tıp için kullanılabilen üç boyutlu bir moleküler makineye katlanır. Grafiğe dönüştürülen bir protein, molekül içinde aralarındaki mesafeler olan kenarlarla bağlanmış amino asitleri temsil eden bir düğüm ağına benzer. Grafik teorisinden(Graph Theory) ilkeleri uygulayarak, molekülün geometrisini belirli bir amaç için modellemek, örneğin istilacı bir virüsü nötralize etmek veya kanserde aşırı aktif bir reseptörü kapatmak mümkün hale gelir.

Sıfırdan Protein Tasarlamak

Bununla birlikte, proteinleri sıfırdan tasarlamak, aralarından seçim yapılabilecek çok sayıda olası yapı nedeniyle inanılmaz derecede zor. Kim “Protein tasarımındaki en temel sorun, çok geniş bir arama alanına sahip olmanızdır” diyor. 100 amino asitlik standart uzunlukta bir protein için, 20100 olası moleküler yapı vardır ki bu evrendeki tüm molekül sayısından fazladır.

Kim, üç boyutlu bir yapıyla başlayıp amino asit bileşimi üzerinde çalışarak bu problemi tersine çevirmeye karar verdi. “Bu protein tasarımı veya ters protein katlama problemidir – aklınızda bir şekil var bu şekle katlanacak bir dizi amino asit istiyorsunuz. Bu sorunu çözmek, bazı yönlerden protein katlamasından daha faydalıdır, çünkü teoride herhangi bir amaç için yeni proteinler üretebilirsiniz” dedi.

Bu açıklamadan sonra Kim’in laboratuvarındaki bir öğrenci, Alexey Strokach, bir derste bu durumun moleküler geometri ile olan ilişkisini öğrendikten sonra Sudoku’ya yöneldi. Sudoku’da amaç, bir dizi kuralı ve mevcut sayı değerlerini göz önüne alarak, tablodaki eksik değerleri bulmaktır. Bir protein molekülündeki tek tek amino asitler, benzer şekilde komşuları tarafından kısıtlanır. Yerel elektrostatik kuvvetler, amino asitlerin zıt elektrik yük paketini birbirine yakın bir şekilde birlikte taşımasını sağlarken, aynı yüke sahip olanlar birbirinden ayrılır.

Strokach önce Sudoku’da bulunan kısıtlamaları bir sinir ağı algoritmasına dönüştürdü. Daha sonra algoritmaları, geniş bir mevcut protein yapıları veri tabanı ve bunların amino asit dizileri üzerinde yaşam ağacından eğitti. Amacı, ProteinSolver adlı algoritmayı, milyonlarca yıldır evrimle geliştirilen amino asitleri daha küçük kıvrımlar halinde bir araya getirmenin kurallarını öğretmekti.

Araştırmacılar daha sonra ProteinSolver’a mevcut protein kıvrımlarını vererek ve onları inşa edebilecek amino asit dizileri oluşturmasını isteyerek test ettiler. Daha sonra doğada bulunmayan yeni hesaplanmış dizileri aldılar ve laboratuvarda ilgili protein varyantlarını ürettiler. Bu varyantlar beklenen yapılara katlanınca, yaklaşımın işe yaradığı açıkça görüldü.

ProteinSolver, mevcut haliyle, geometrik olarak kararlı olduğu bilinen herhangi bir protein kıvrımı için yeni amino asit dizilerini hesaplayabilir. Ancak nihai amaç, örneğin yeni terapötikler gibi tamamen yeni biyolojik işlevlere sahip yeni protein yapıları tasarlamaktır.

Strokach, “Nihai hedef, birisinin tamamen yeni bir proteini elle çizebilmesi ve bunun için dizileri hesaplayabilmesidir ve şu anda üzerinde çalıştığımız şey bu,” diyor.

Araştırmacılar, ProteinSolver’ı ve arkasındaki kodu açık kaynaklı yaptı ve kullanıcı dostu bir web sitesi aracılığıyla daha geniş araştırma topluluğunun kullanımına sundu.

Bugün En Çok Okunanlar

Google Güvenilir Kişiler uygulamasını durdurdu!

Google Güvenilir Kişiler uygulaması Birkaç yıl önce, Google inşa edilmiş ve kısaca onun muhafaza Güvenilir Kişiler uygulaması üzerinde iOS ve Android'i. Konumunuzu yakın arkadaşlarınız veya aile üyelerinizle...

iOS 14.2 Beta 3 Tüm Kullanıcılar İçin İndir!

Apple, iOS 14, Apple Watch Series 6 ve yeni iPhone 12'yi çoktan piyasaya sürdü, böylece şirket artık dikkatini deneyimi daha da iyileştirmeye...

Sega 60. yılını Steam’de ücretsiz mini oyunlarla kutladı

Sega bu yıl 60. yılını kutluyor ve bu vesileyle Steam'de bir haftalık kutlamalarla kutlanıyor. Bir var bir çok Sega oyunları satışı dahil Persona 4 Golden, Bayonetta ve Total...

Firefox 82 hız ve resim içinde resim iyileştirmeleri vaat ediyor

Mozilla, sadık Firefox için yeni bir tarayıcı güncellemesi sunuyor. Sürüm 82, daha iyi başlatma ve sayfa yükleme süreleriyle "her zamankinden daha hızlı" olmayı...

CEVAP VER

Lütfen yorumunuzu giriniz!
Lütfen adınızı buraya girin