Ферментативная структура, разработанная с использованием комбинации автоматических инструментов обучения. Кредит: Сэм Пеллок
Исследователи использовали искусственный интеллект (ИИ) для разработки новых ферментов, которые могут проходить реакции на несколько этапов, что является ключевой характеристикой естественных ферментов. Структуры, которые они сделали, ускорили точку химической реакции на четырех этапах для многих биологических и промышленных процессов, включая переработку пластика.
«Это важный шаг в ферментативной инженерии»,-объясняет Хуимин Чжао, синтетический биолог из Университета Урбана-Шампейн Университета Иллинойса. «»[It] Показывает, что теперь можно проектировать ферменты с нативной деятельностью, которая может сделать их полезными практически. »» »
Предыдущие усилия по разработке ферментов с нуля с использованием ИИ имели ограниченный успех, часто создавая тех, кто останавливается после первой стадии реакции. В последнем исследовании опубликовано в Наука 13 февраля1Исследователи преодолели эту проблему, объединив несколько автоматических подходов к обучению. Новые ферменты были в 60 000 раз лучше, чтобы ускорить реакцию, чем ранее предназначенные для работы аналогичным образом.
Швейные ферменты
Предыдущие усилия были сосредоточены на коже существующих ферментов структур, чтобы создать новые, которые работают быстрее или имеют разные функции. Но этот подход затрудняет создание эффективных ферментов, способных к реакциям на несколько этапов.
«Это все равно, что ходить в благотворительный магазин и покупать костюм, и этот костюм, вероятно, не подойдет вам идеально. Это то, что происходит, когда мы пытаемся разработать ферменты таким образом »,-объясняет Анна Лауко, соавтор исследования, дизайнер белка в Вашингтонском университете в Сиэтле.
ИИ представлял собой метель новых белков. Один из них действительно работает?
Лауко и его коллеги хотели построить ферменты, которые могут подвергаться химической реакции на четырех этапах, называемых сериновым гидролизом, что подразумевает разрыв эфирной связи между молекулами. Гидролаш серин — это природные ферменты, которые делают эту реакцию, и они участвуют во многих биологических процессах, включая пищеварение, метаболизация жира и свертывание крови.
Исследователи начали с инструмента AI под названием Rfdiffusion, программы, которую они уже разработали для создания новых ферментативных структур из нуля2Полем Затем они создали глубокую нейронную сеть, призванную к размещению, чтобы уточнить структурную конструкцию, моделируя местоположение атомов в ферменте и молекулы, с которыми он связывается на каждой стадии реакции. Этот ИИ работает как «фильтр», говорит Зу: он проверяет, совместимы ли активные сайты фермента — части, которые взаимодействуют с молекулами — совместимы и правильно расположены для выполнения каждой стадии реакции. Это «очень инновационно», объясняет Чжао.
