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L’intelligenza artificiale ti permette di guardare dentro il corpo: ecco come funzionano le proteine

Aggiornato il 16 dicembre 2021, 20:13

  • Nell’analisi di Omikron viene utilizzata una tecnologia completamente nuova.
  • Detto questo, la forma e la modalità d’azione delle proteine ​​possono essere studiate più facilmente che mai.
  • La ricerca e la medicina possono rivoluzionarlo.

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I ricercatori conoscono già bene il corpo umano: che aspetto hanno i vasi sanguigni, perché si sviluppa il cancro e quali cellule sono importanti per la vista. Ma su una scala molto piccola, il quadro non è così chiaro. Perché solo una piccola parte delle nostre proteine ​​- questi sono componenti essenziali del corpo – finora è stato conosciuto esattamente come sono e cosa fanno. Ma questo sta cambiando rapidamente con l’aiuto dell’intelligenza artificiale (AI).

L’intelligenza artificiale ti permette di dare un’occhiata all’interno dei nostri corpi

La ragione di ciò sono i nuovi programmi per computer che calcolano le strutture 3D delle proteine ​​con elevata precisione senza la necessità di metodi di misurazione costosi e dispendiosi in termini di tempo. Se conosci la forma delle proteine ​​e quindi la loro funzione, puoi comprendere meglio i processi biologici nel corpo e le malattie, spiega Andreas Bracher del Max Planck Institute for Biochemistry a Martinsried.

Questa conoscenza aiuta anche nella ricerca di nuovi farmaci, afferma Brasher. Con l’aiuto del nuovo approccio, i ricercatori vogliono sviluppare farmaci candidati su misura per proteine ​​specifiche. Altri specialisti utilizzano il software per la nuova variante Omikron Corona. Stanno studiando gli effetti delle mutazioni nel genoma sotto forma di una cosiddetta proteina spike. La forma alterata può significare che anche gli anticorpi umani non sono più in grado di legarsi e la protezione immunitaria è ridotta.

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“Scienza” nuovi nomi per penetrare l’anno

La rivista Science considera il nuovo approccio così importante che è stato definito la svolta scientifica di quest’anno. “La svolta nel ripiegamento delle proteine ​​è una delle più grandi di sempre, sia in termini di risultati scientifici che in vista di potenziali ricerche future”, ha scritto Holden Thorpe, caporedattore di Science. Lo paragona alle forbici genetiche CRISPR, che hanno rivoluzionato l’ingegneria genetica.

Le proteine ​​sono minuscole, non puoi vederle nemmeno al microscopio. Pertanto, la ricerca sulla sua struttura utilizzando metodi come la cristallografia a raggi X e la microscopia crioelettronica è stata finora molto lunga e costosa. Secondo la scienza, decifrare convenzionalmente una singola struttura proteica può richiedere anni e costare centinaia di migliaia di dollari.

“Per molte proteine ​​umane, in precedenza non sapevamo che aspetto avessero”, afferma Brasher, ricercatore dell’MPI. Finora, le strutture determinate sperimentalmente sono state archiviate solo in un database di un buon terzo delle proteine ​​umane – in molti casi sono state esaminate solo regioni parziali.

Con i nuovi programmi – AlphaFold e RoseTTAFold – non è più necessario impegnarsi molto. Un team guidato dallo sviluppatore di AlphaFold John Jumper, che lavora presso la consociata di Google Deepmind, specializzata in intelligenza artificiale, ha già fornito strutture per quasi tutte le proteine ​​umane. La rivista “Nature” è saltata nella sua top ten degli scienziati più autorevoli del mondo in questo momento. Il suo programma basato sull’intelligenza artificiale si allena nella pratica con l’aiuto di database in cui sono memorizzate strutture proteiche già cercate.

Le proteine ​​sono fatte di lunghe catene

Le proteine ​​sono costituite da lunghe catene che formano un tipo di bobina specifica e quindi svolgono determinati compiti. Alcune proteine ​​(enzimi) possono scomporre le molecole di zucchero, altre sono elementi strutturali dei nostri muscoli. Le catene sono costituite da blocchi costitutivi allineati uno dietro l’altro, chiamati amminoacidi. La sua sequenza è predeterminata dal nostro corredo genetico. Ci sono un totale di circa 20.000 geni su cui vengono determinate le sequenze di amminoacidi di diverse proteine. Quando vengono piegati in una palla, le forze di attrazione tra gli amminoacidi svolgono un ruolo, tra le altre cose.

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Se un ricercatore conosce un particolare gene, può scoprirlo su carta o su carta il computer Ricavare aminoacidi a catena dalle proteine ​​- per decenni. Tuttavia, non è stato ancora possibile determinare l’esatta forma e struttura della sfera proteica senza ulteriori indugi. “Ma questo è fondamentale in modo da poter capire come funziona la proteina”, spiega Brasher, che lavora con AlphaFold stesso.

Nuovi programmi, a cui i ricercatori possono accedere gratuitamente, stanno ora colmando esattamente questa lacuna. La sequenza amminoacidica della proteina presentata dal genoma è sufficiente per creare un modello 3D, spiega Brasher. “Se hai lavorato per anni sulla determinazione della struttura delle proteine, ora è sufficiente inserire la sequenza di amminoacidi in un computer”.
© dpa