Para ilmuwan telah menciptakan sistem AI yang mampu menghasilkan enzim buatan dari nol. Dalam tes laboratorium, beberapa enzim ini bekerja sebaik yang ditemukan di alam, bahkan ketika urutan asam amino yang dihasilkan secara artifisial berbeda secara signifikan dari protein alami yang diketahui.
Eksperimen menunjukkan bahwa pemrosesan bahasa alami, meskipun dikembangkan untuk membaca dan menulis teks bahasa, dapat mempelajari setidaknya beberapa prinsip dasar biologi. Salesforce Research mengembangkan program AI, yang disebut ProGen, yang menggunakan prediksi token berikutnya untuk merangkai urutan asam amino menjadi protein buatan.
Para ilmuwan mengatakan teknologi baru bisa menjadi lebih kuat daripada evolusi terarah, teknologi desain protein pemenang hadiah Nobel, dan itu akan memberi energi pada bidang rekayasa protein berusia 50 tahun dengan mempercepat pengembangan protein baru yang dapat digunakan untuk hampir semua hal. dari terapeutik hingga plastik yang merendahkan.
“Desain buatan tampil jauh lebih baik daripada desain yang terinspirasi oleh proses evolusi,” kata James Fraser, PhD, profesor bioteknologi dan ilmu terapeutik di UCSF School of Pharmacy, dan penulis karya tersebut, yang diterbitkan pada 26 Januari. , dalam Bioteknologi Alam .
“Model bahasa mempelajari aspek-aspek evolusi, tetapi berbeda dari proses evolusi normal,” kata Fraser. “Kami sekarang memiliki kemampuan untuk menyetel pembuatan sifat-sifat ini untuk efek tertentu. Misalnya, enzim yang sangat termostabil atau menyukai lingkungan asam atau tidak akan berinteraksi dengan protein lain.”
Untuk membuat model, para ilmuwan hanya memasukkan urutan asam amino dari 280 juta protein berbeda dari semua jenis ke dalam model pembelajaran mesin dan membiarkannya mencerna informasi selama beberapa minggu. Kemudian, mereka menyempurnakan model dengan melengkapinya dengan 56.000 urutan dari lima keluarga lisozim, bersama dengan beberapa informasi kontekstual tentang protein ini.
Model tersebut dengan cepat menghasilkan satu juta urutan, dan tim peneliti memilih 100 untuk diuji, berdasarkan seberapa dekat mereka mirip dengan urutan protein alami, serta seberapa naturalistik “tata bahasa” dan “semantik” asam amino yang mendasari protein AI.
Dari batch pertama dari 100 protein, yang disaring secara in vitro oleh Tierra Biosciences, tim membuat lima protein buatan untuk diuji dalam sel dan membandingkan aktivitasnya dengan enzim yang ditemukan dalam putih telur ayam, yang dikenal sebagai lisozim putih telur ayam. (HEWL). Lisozim serupa ditemukan dalam air mata, air liur, dan susu manusia, di mana mereka bertahan melawan bakteri dan jamur.
Dua enzim buatan mampu memecah dinding sel bakteri dengan aktivitas yang sebanding dengan HEWL, namun urutannya hanya sekitar 18% identik satu sama lain. Kedua urutan itu sekitar 90% dan 70% identik dengan protein yang diketahui.
Hanya satu mutasi pada protein alami yang dapat membuatnya berhenti bekerja, tetapi dalam putaran penyaringan yang berbeda, tim menemukan bahwa enzim yang dihasilkan AI menunjukkan aktivitas bahkan ketika hanya 31,4% dari urutannya menyerupai protein alami yang dikenal.
AI bahkan dapat mempelajari bagaimana enzim harus dibentuk, hanya dengan mempelajari data urutan mentah. Diukur dengan kristalografi sinar-X, struktur atom dari protein buatan terlihat sebagaimana mestinya, meskipun urutannya tidak seperti yang terlihat sebelumnya.
Salesforce Research mengembangkan ProGen pada tahun 2020, berdasarkan jenis pemrograman bahasa alami yang awalnya dikembangkan oleh peneliti mereka untuk menghasilkan teks bahasa Inggris.
