Η Τεχνητή Νοημοσύνη δημιουργεί εντελώς νέα λειτουργικά ένζυμα

Μόλις ανακοινώθηκε στις ΗΠΑ ότι ένα νέο σύστημα Τεχνητής Νοημοσύνης έμαθε να δημιουργεί περίπλοκα βιολογικά μόρια (ένζυμα), που, ενώ δεν υπάρχουν στη φύση, μπορούν να είναι εξίσου λειτουργικά με κάποια ανθρώπινα ένζυμα. Αυτά τα τεχνητά πρωτεϊνικά μόρια προέκυψαν από τις έρευνες που έκαναν οι ερευνητές του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Σαν Φρανσίσκο σε συνεργασία με τους ερευνητές της εταιρείας πληροφορικής ProGen.

Η νέα τεχνική, που ονομάζεται «ProGen», παρουσιάστηκε στο ειδικό περιοδικό «Nature Biotechnology», στις 16.1.23, είναι μια σειρά από αλγορίθμους που επιτρέπουν σε υπολογιστικά συστήματα Τεχνητής Νοημοσύνης (Τ.Ν.) να δημιουργούν εντελώς άγνωστα βιοχημικά μόρια με πολλές δυνατές εφαρμογές: από τα τεχνητά ένζυμα στη φαρμακευτική μέχρι τη δημιουργία νέων αυτο-αποδομούμενων πλαστικών υλικών!

Οι πρόσφατες έρευνες της Τ.Ν. κατάφεραν, τον Νοέμβριο του 2020, να δημιουργήσουν το αυτόματο σύστημα αποκωδίκευσης της τρισδιάστατης δομής όλων των βιολογικών πρωτεϊνών που υπάρχουν στη φύση, δηλαδή το περίφημο σύστημα «AlphaFold» της Google. Εκτοτε, οι σχετικές έρευνες σε όλο τον κόσμο στοχεύουν στη δημιουργία νέων τεχνητών μορίων, ικανών να αντικαταστήσουν τα ήδη υπαρκτά -αλλά μη λειτουργικά από κάποια νόσο- βιοχημικά μόρια των οργανισμών, που διαμορφώθηκαν από δισεκατομμύρια έτη βιολογικής εξέλιξης.

Η έρευνα των Αμερικανών ερευνητών που μόλις δημοσιεύτηκε τους οδήγησε στη δημιουργία, μέσω προγραμμάτων Τ.Ν., κάποιων νέων τεχνητών πρωτεϊνών και ειδικότερα ενζύμων που είναι ικανά να αναπαράγουν πιστά τις χημικές ιδιότητες ορισμένων ανθρώπινων βιολογικών ενζύμων. Χρησιμοποιώντας όλες τις μέχρι τώρα κατακτήσεις, αυτή η αμερικανική έρευνα κατάφερε να δημιουργήσει 100 πολλά υποσχόμενα τεχνητά ένζυμα, από τα οποία οι μετέπειτα εργαστηριακοί έλεγχοι επέλεξαν πέντε ως τα «καλύτερα». Από αυτά τα πέντε ένζυμα, τα δύο επέδειξαν μια εντυπωσιακή ικανότητα στο να αντιμετωπίζουν εξίσου καλά τα βακτήρια με τα βιολογικά ένζυμα της «λυσοζύμης Hewl» που παράγονται στο σώμα μας!

Πράγματι, η λυσοζύμη (αγγλ. Lysozyme) είναι μια πρωτεΐνη, δηλαδή ένα πολυπεπτίδιο που συντίθεται από 129 διαφορετικά αμινοξέα και η δράση της είναι βακτηριοκτόνος. Πρόκειται για ένα πολύ γνωστό αντιμικροβιακό ένζυμο, που παίζει καθοριστικό ρόλο στο ανοσοποιητικό σύστημα του οργανισμού μας.

Πιο συγκεκριμένα, η ανοσιακή δράση της λυσοζύμης σχετίζεται με το αμυντικό και ανοσοποιητικό σύστημα της βλεννογόνου, π.χ. η δράση της στον φάρυγγα αποτρέπει την προσκόλληση επιβλαβών βακτηρίων. Επίσης, συντίθεται στους δακρυϊκούς αδένες και στον αδένα του επιπεφυκότα των οφθαλμών, επειδή η διαρκής έκκρισή της στους οφθαλμούς μειώνει την πιθανότητα των προσβολών ή λοιμώξεων από βακτήρια. Και γι’ αυτό το ένζυμο της λυσοζύμης περιέχεται σε πολλά αντιβιοτικά, αντιιικά και χημειοθεραπευτικά φάρμακα.

Μολονότι η χημική αλληλουχία της τεχνητής λυσοζύμης διαφέρει αρκετά από τη βιολογική λυσοζύμη, επιδεικνύει εντυπωσιακές λειτουργικές ομοιότητες με την τελευταία. Γεγονός που, σύμφωνα με τους ερευνητές, ανοίγει άμεσα τον δρόμο στη δημιουργία νέων και πολύ πιο αποτελεσματικών φαρμάκων. «Τα τεχνητά μοντέλα του ενζύμου λειτουργούν πολύ καλύτερα από αυτά που διαμορφώθηκαν από τη βιολογική εξέλιξη. Τώρα, έχουμε τη δυνατότητα να βελτιώσουμε τις βιολογικές του ιδιότητες και να έχουμε άμεσα και σαφή αποτελέσματα», όπως δήλωσε ο James Fraser, ένας από τους πρωταγωνιστές αυτής της έρευνας.