23. august 2021

Avanceret teknologi har løst en 50 år gammel gåde

Kunstig intelligens knuser komplekst proteinproblem og kan bane vejen for ny medicin.

Ny teknologi kan forudse proteiners tredimensionelle struktur. Foto: Brano on Unsplash

Ny teknologi kan forudse proteiners tredimensionelle struktur. Foto: Brano on Unsplash

Det sendte en chokbølge gennem proteinforskere verden over, da virksomheden DeepMind afslørede, at de havde skabt en revolutionerende kunstig intelligens, kaldet AlphaFold, der kan forudse proteiners tredimensionelle struktur. I sidste måned lagde DeepMind deres data på nettet, så forskere nu kvit og frit kan få adgang til den forskning. Det kan lyde tørt, men det kan være med til at bidrage til nye lægemidler mod sygdomme som kræft og Alzheimers.

Ole Nørregaard Jensen, der er proteinforsker og professor på Syddansk Universitet var én af dem, der ikke kunne tro sine egne øjne.

”Jeg var helt vildt oppe at køre over AlphaFold. Jeg sendte straks linket med forskningsartiklen videre til mine kollegaer og skrev til dem, at det var kæmpestort. Det har været et åbent spørgsmål i 60-70 år, så det er nærmest den hellige gral indenfor struktur-biologi, der er blevet fundet,” siger han.

Et åbent spørgsmål er blevet besvaret

Proteiner er byggesten for alt levende, og din krop er ikke undtaget. Dine knogler, muskler, bindevæv, dannelsen af blodlegemer, antistoffer og dit immunforsvar bruger proteiner som del af deres opbygning og reparation. Selve vores DNA rummer opskriften på, hvilke typer proteiner vi kan producere, hvor et gen er et stykke af DNA-strengen, der koder for proteiner. Mens generne rummer informationer om, hvilke opgaver der kan udføres, er det proteinerne, som er vores arbejdsheste.

Tredimensionelle-a-hva-for-noget?

Det Google-ejede selskab DeepMind er i gang med at kortlægge alle kendte proteiners tredimensionelle strukturer. Det betyder data på mere end hundrede millioner protein-strukturer og inkluderer alle, der findes i menneskekroppen. Det var hidtil kun en brøkdel af proteiners tredimensionelle strukturer i menneskekroppen, der var blevet identificeret.

Med AlphaFold kan man ud fra menneskets arvemasse (gener) forudsige proteiners tredimensionelle struktur, som er afgørende vigtigt for, hvordan de fungerer. Hvert protein har deres egen unikke tredimensionelle struktur. Ligesom formen på en nøgle afgør, hvilken dør, den kan åbne, så bestemmer proteinets tredimensionelle struktur dets funktion.

For Ole Nørregaard Jensen har AlphaFold løst et problem, der har frustreret proteinforskere i årevis.

”Biokemikere har i mange år forsøgt at udvikle computer-baserede metoder til at forudsige proteiners tredimensionelle struktur. Hidtil kunne man forudsige strukturen for et ukendt protein med 60-70% nøjagtighed, men med de nye resultater med AlphaFold har nøjagtigheden taget et hop op til 90-95%”.

Kan være nøglen til at kurere en række sygdomme

Alzheimers, Parkinsons, kræft, type 2 diabetes og hornhinde-dystrofier, som fører til blindhed, er alle sygdomme, der er opstået på grund af, at proteiner mister deres naturlige tredimensionelle struktur og dermed dets funktion.

”Den nye forskning kan for eksempel bidrage til at skabe nye og forbedrede antistoffer mod forskellige kræftformer. Ved at vi kan kende strukturen på syge proteiner, så kan vi også nemmere udvikle antistoffer mod det sygdomsfremkaldende protein,” fortæller Ole Nørregaard Jensen.

Et andet eksempel på, hvor vigtigt det er at kende strukturen på et protein, er de proteiner, som forskellige vira bruger til at trænge ind i celler. For eksempel det omtalte ”spike protein”, der sidder på coronavirusset. Jo bedre, forskere kender formen på disse proteiner, jo hurtigere kan der udvikles vacciner.

Et klimaks på 50 års arbejde

Det kan måske virke, som om kunstig intelligens har skabt enorme mængde af data på få sekunder, i modsætning til mennesker. Men de mange årtier, hvor forskningen er gået relativt langsomt, har ikke har været spildt arbejde, fortæller Ole Nørregaard Jensen:

”Det smukke ved AlphaFold er, at det er klimaks af 50 års forskning. DeepMind har lært en computer de mere end 150.000 kendte protein 3D-strukturer, og computeren kan så forudsige strukturen på nye ukendte proteiner. DeepMind har gjort det hele offentligt tilgængeligt, fordi det netop er baseret på en masse menneskers arbejde på verdensplan. Det er deres måde at betale hele forskningsverdenen tilbage,” afslutter han.

Læs mere om AlphaFold

En videnskabelig artikel om AlphaFold. Hvad den kan nu, dens mangler, og hvad den kan i fremtiden.
Læs mere her