DeepMind bereikt cruciale doorbraak in ontwikkeling AI die vorm van proteïnes kan veranderen

Alphabets DeepMind heeft een nieuwe wetenschappelijke doorbraak weten te bewerkstelligen. Onderzoekers van het bedrijf hebben een AI-systeem ontwikkeld dat de vorm van proteïnes kan simuleren. Het systeem is twee jaar in ontwikkeling geweest en dat het blijkt te werken kan zorgen voor een heel nieuw tijdperk in de medicijnenwereld.

De onderzoekers van DeepMind hebben volgens The Guardian besloten het project aan te kondigen, nadat de software het tijdens een CASP-simulatiewedstrijd van het Amerikaanse National Institute of General Medical Services beter bleek te doen van 97 andere algoritmes. AlphaFold, zoals de kunstmatige intelligentie gedoopt is, wist de 3D-vormen van proteïnes te voorspellen.

Wat zijn proteïnes

Proteïnes zijn moleculen die een reeks belangrijke functies uitvoeren in organismes. Zo geven ze cellen hun structuur, maken ze metabolisme mogelijk, DNA-replicatie en reageren op stimulans. Ook transporteren proteïnes moleculen van de ene naar de andere locatie. Het menselijk lichaam kan gigantische aantallen verschillende proteïnes aanmaken. Hoeveel is niet zeker; schattingen lopen uiteen van enkele tienduizenden tot vele miljarden.

Elke proteïne is een aaneenschakeling van aminozuren, waarvan er twintig zijn. Een proteïne kan zich tussen alle aminozuren in allerhande vormen buigen. Een proteïne met honderden aminozuren kan dan ook bijna ontelbaar veel verschillende structuren aannemen. CASP is een wereldwijd dat sinds 1994 elke twee jaar plaatsvindt. De afkorting staat voor Critical Assessment of protein Structure Prediction, waarbij wetenschappers dus een poging doen de vorm van proteïnes te voorspellen.

Prestatie van formaat

De vorm van een proteïne hangt onder meer af van het aantal aminozuren dat het bevat. De vorm ervan bepaalt verder de rol die een proteïne speelt in het menselijk lichaam. Een hartcel heeft bijvoorbeeld proteïnes die zo gevormd zijn dat adrenaline eraan blijft zitten, waarmee de hartslag opgevoerd kan worden. Een antilichaam is verder zo gevormd dat het kwaadaardige cellen aan zich bindt en af kan voeren. Zo’n beetje alle functies in het menselijk lichaam – van spierbewegingen tot het veranderen van voeding tot energie – is te herleiden tot de vorm en beweging van proteïnes.

Het voorspellen daarvan is uiterst ingewikkeld. Maar dit jaar wist AlphaFold de vorm van 25 van de 43 proteïnes correct te voorspellen. Ter vergelijking: de nummer twee op de lijst kon drie van de 43 proteïnes correct voorspellen. Het is dus een grote prestatie: “Voor ons is dit een sleutelmoment”, aldus medeoprichter en CEO Demis Hassabis van DeepMind. “Dit is onze eerste grote investering van mensen en resources in een fundamenteel, uiterst belangrijk, echt wetenschappelijk probleem.”

Grote verwachtingen

Het systeem van AlphaFold werkt met een neuraal netwerk dat getraind is op duizenden reeds bekende proteïnes. Dat netwerk werd getraind, tot het de 3D-vorm van aminozuren kon voorspellen. Als AlphaFold nu de vorm van een nieuw proteïne moet voorspellen, voorspelt het de afstand tussen aminozuren en de hoek van de chemische stoffen die ze aan elkaar binden. Daarna zoekt de software naar de meest energie-efficiënte samenstelling. Waar AlphaFold in eerste instantie meer dan een dag nodig had om de vorm van een proteïne te voorspellen, heeft het nu nog maar enkele uren nodig.

De verwachting van experts is dat deze software uiteindelijk moet kunnen helpen bij het ontwikkelen van nieuwe medicijnen en nieuwe behandelmethodes.