هوش مصنوعی عملکرد آنزیم را بهتر از ابزارهای پیشرو - ScienceDaily پیش بینی می کند
انتشار: فروردین 11، 1402
بروزرسانی: 16 آذر 1404

هوش مصنوعی عملکرد آنزیم را بهتر از ابزارهای پیشرو - ScienceDaily پیش بینی می کند

Huimin Zhao، سرپرست این مطالعه، استاد مهندسی شیمی و بیومولکولی دانشگاه ایلینویز Urbana-Champaign، گفت: درست مانند ChatGPT از داده های زبان نوشتاری برای ایجاد متن پیش بینی کننده استفاده می کند، ما نیز از زبان پروتئین ها برای پیش بینی فعالیت آن ها استفاده می کنیم. تقریباً هر محققی، هنگام کار با یک توالی پروتئین جدید، می خواهد فوراً بداند پروتئین چه کار می کند. آنزیم های مورد نیاز برای سنتز مواد شیمیایی و مواد."

ژائو گفت: "ما امیدواریم که این ابزار به طور گسترده توسط جامعه تحقیقاتی گسترده مورد استفاده قرار گیرد." با رابط وب، محققان می توانند مانند یک موتور جستجو توالی را در یک جعبه جستجو وارد کنند و نتایج را ببینند.

ژائو، یکی از اعضای مؤسسه زیست شناسی ژنومیک کارل آر ووز در ایلینویز، گفت: با پیشرفت در ژنومیکس، آنزیم های زیادی شناسایی و توالی یابی شده اند، اما دانشمندان اطلاعات کمی در مورد آنچه آنزیم ها انجام می دهند یا ندارند.

اطلاعات بیشتر:



منبع

ما اولین کسی نیستیم که از ابزارهای هوش مصنوعی برای پیش بینی اعداد کمیسیون آنزیم استفاده می کنیم، اما اولین کسی هستیم که از این الگوریتم یادگیری عمیق جدید به نام یادگیری متضاد برای پیش بینی عملکرد آنزیم استفاده می کنیم. متوجه شدیم که این الگوریتم بسیار بهتر از هوش مصنوعی کار می کند. ژائو گفت: ابزارهایی که توسط دیگران استفاده می شود. ما نمی توانیم تضمین کنیم که محصول همه به درستی پیش بینی می شود، اما می توانیم دقت بالاتری نسبت به دو یا سه روش دیگر داشته باشیم.

سایر ابزارهای محاسباتی سعی در پیش بینی عملکرد آنزیم دارند. به طور معمول، آنها تلاش می کنند تا با مقایسه یک توالی مورد بررسی با کاتالوگ آنزیم های شناخته شده و یافتن توالی های مشابه، یک شماره کمیسیون آنزیمی را اختصاص دهند - یک کد شناسه که نشان می دهد آنزیم چه نوع واکنشی را کاتالیز می کند. به گفته ژائو، با این حال، این ابزارها با آنزیم های کمتر مطالعه شده یا مشخص نشده، یا با آنزیم هایی که چندین کار را انجام می دهند، به خوبی کار نمی کنند.

ژائو گفت که این گروه قصد دارد هوش مصنوعی پشت CLEAN را برای مشخص کردن سایر پروتئین ها، مانند پروتئین های اتصال، گسترش دهد. این تیم همچنین امیدوار است که الگوریتم های یادگیری ماشینی را بیشتر توسعه دهد تا کاربر بتواند واکنش دلخواه را جستجو کند و هوش مصنوعی به یک آنزیم مناسب برای این کار اشاره کند.

ژائو گفت: «پروتئین های اتصال نامشخص زیادی مانند گیرنده ها و فاکتورهای رونویسی وجود دارد. ما همچنین می خواهیم عملکرد آنها را نیز پیش بینی کنیم.» ما می خواهیم عملکرد همه پروتئین ها را پیش بینی کنیم تا بتوانیم تمام پروتئین های یک سلول را بشناسیم و کل سلول را برای کاربردهای بیوتکنولوژی یا بیوپزشکی بهتر مطالعه یا مهندسی کنیم.»

گروه ژائو CLEAN را به صورت آنلاین برای سایر محققانی که به دنبال توصیف یک آنزیم یا تعیین اینکه آیا یک آنزیم می تواند واکنش مورد نظر را کاتالیز کند، در دسترس قرار می دهد.

محققان یافته های خود را در مجله منتشر خواهند کرد علوم پایه و CLEAN را به صورت آنلاین در 31 مارس در دسترس قرار دهید.

محققان ابزار خود را به صورت تجربی با آزمایش های محاسباتی و آزمایشگاهی تأیید کردند. آنها دریافتند که این ابزار نه تنها می تواند عملکرد آنزیم هایی را که قبلا مشخص نشده بودند، پیش بینی کند، بلکه آنزیم هایی را که توسط نرم افزارهای پیشرو برچسب گذاری نشده بودند، تصحیح کرد و آنزیم هایی را با دو یا چند عملکرد به درستی شناسایی کرد.

یک ابزار هوش مصنوعی جدید می تواند عملکرد آنزیم ها را بر اساس توالی اسید آمینه شان پیش بینی کند، حتی زمانی که آنزیم ها مطالعه نشده یا ناشناخته باشند. محققان گفتند که ابزار هوش مصنوعی که CLEAN نام دارد از ابزارهای پیشرفته در دقت، قابلیت اطمینان و حساسیت برتری دارد. درک بهتر آنزیم ها و عملکرد آن ها برای تحقیقات در زمینه ژنومیک، شیمی، مواد صنعتی، پزشکی، داروسازی و غیره مفید خواهد بود.

بنیاد ملی علوم این کار را از طریق مؤسسه Molecule Maker Lab، موسسه تحقیقاتی هوش مصنوعی که ژائو رهبری می کند، پشتیبانی کرد.