Výskumníci z EvolutionaryScale a Arc Institutevyvinuli vytvorili revolučný AI model schopný simulovať 500 miliónov rokov evolúcie a vytvárať úplne nové proteíny. Tento prelomový projekt, ktorého výsledky boli publikované v prestížnom časopise Science, otvára nové možnosti vo výskume biológie, evolúcie a environmentálnych aplikácií.

Model s názvom ESM3, vyvinutý tímom biologických a evolučných špecialistov, dokáže simulovať proces evolúcie na genetickej úrovni. Vďaka simulácii vytvoril nový, doteraz neznámy proteín, ktorý je fluorescenčný a jasne svietiaci. Dostal meno esmGFP. O téme informoval portál BGR.

Cieľom projektu bolo nielen lepšie pochopiť proces evolúcie a fungovanie proteínov, ale aj otvoriť cestu k vytváraniu umelých proteínov, ktoré môžu byť využité v medicíne, biotechnológiách a environmentálnych aplikáciách.

Ako ESM3 „reprodukoval“ 500 miliónov rokov

ESM3 funguje podobne ako generatívne jazykové modely. Získava informácie zo zdanlivo nekonečného množstva údajov, aby sa naučil ako modelovať evolučné procesy. Vedci ho vyškolili na ohromnom množstve dát, ktoré zahŕňali 3,15 miliardy sekvencií proteínov, 236 miliónov štruktúr proteínov a 539 miliónov anotácií proteínov.

V číselnom vyjadrení to predstavovalo 771 miliárd „tokenov“ (úsekov dát), ktoré umožnili ESM3 pochopiť základné evolučné princípy. To sa dá prirovnať k tomu, akoby AI model preštudoval viac ako 500 miliónov rokov evolučnej histórie.

Model následne začal s jednoduchými genetickými kódmi, ktoré evolvovali podľa naprogramovaných pravidiel, až nakoniec vytvoril nový proteín, esmGFP s úplne unikátnou genetickou sekvenciou. Proteín bol syntetizovaný použitím štandardnej techniky, avšak výsledná genetická sekvencia nebola nikdy predtým pozorovaná v prírode.

Štruktúry proteínu, ktoré boli predpovedané umelou inteligenciou (modrá) a experimentálne určené (zelená), sa takmer dokonale zhodujú. DeepMind

Využitie umelých proteínov v praxi

Tento objav má obrovský potenciál z pohľadu základného aj aplikovaného výskumu. Proteíny sú základnými stavebnými jednotkami života, ktoré umožňujú množstvo biologických procesov, od trávenia po bunkové delenie. Vďaka modelom ako je ESM3, môžu vedci vytvoriť nové typy proteínov prispôsobených špecifickým aplikáciám a to rýchlejšie a efektívnejšie než tradičnými metódami.

Medzi možné aplikácie patrí simulácia evolúcie proteínov, ktorá môže odhaliť ako sa vyvinuli určité vlastnosti v prírode. Umelé proteíny by mohli byť využité na tvorbu cielenej liečby pre rôzne ochorenia, vrátane rakoviny či genetických porúch.

Proteíny môžu byť využité na výrobu ekologických plastov, čistých biopalív či bioremediáciu (čistenie prostredia). Simulácie by mohli priniesť nové spôsoby boja proti klimatickým zmenám alebo ochrany biodiverzity.