Designer eiwitten 

Kunstmatige intelligentie (AI) is in de afgelopen jaren zichtbaar in een stroomversnelling geraakt. Zeker met de komst van ChatGPT, de taal-AI die al jouw vragen kan beantwoorden met behulp van een aantal commando’s. Naast het co-schrijven van bijvoorbeeld jouw boekverslag, wordt AI ook ingezet om te helpen bij wetenschappelijk onderzoek.

Voorbeeld commando ChatGPT – Ascannio / Shutterstock.com

Na ChatGPT een boek en een aantal boekverslagen te laten analyseren schrijft AI met een klik van jouw muis een perfect nieuw boekverslag. Dit bracht een aantal onderzoekers op het idee om hetzelfde AI-principe te gebruiken en nieuwe medicijnen te ontwerpen op basis van bestaande kennis. Klinkt eenvoudig, maar hoe hebben de onderzoekers dit precies gedaan?

EiwitGPT
De onderzoekers hebben een taalgebaseerde AI ontwikkeld, vergelijkbaar met ChatGPT. Maar in plaats van AI te trainen om ermee te communiceren, hebben de onderzoekers AI 280 miljoen eiwitten en 50 duizend lysozymen laten analyseren.

De term eiwitten ken je misschien al. Ze zitten overal in je lichaam en zijn opgebouwd uit kleinere deeltjes, genaamd aminozuren. Omdat er vele manieren zijn om deze aminozuren in elkaar te zetten om een eiwit te vormen, zijn er vele eiwitten met allemaal verschillende functies.

Zo helpen sommige eiwitten bij het afbreken van voedsel in het verteringssysteem, andere eiwitten bieden bescherming tegen virussen of bacteriën. Weer andere eiwitten zijn in staat om schadelijke stoffen af te breken. De perfecte basis voor een medicijn dus.

De specifieke eiwitten die ons beschermen tegen bacteriën noemen we lysozymen. Een lysozym is in staat om de celwand van een bacterie kapot te maken, waardoor de bacterie onschadelijk wordt.

Van maanden naar minuten
Nadat de onderzoekers al deze data deelden met AI, vroegen ze AI om nieuwe eiwitten te ontwerpen die vergelijkbare werkingen hebben als de lysozymen. Dit ging als een trein!

In een paar minuten kwam AI met een lijst van honderden eiwitten. Zonder AI zou het ontwerpen van zo’n lijst wel maanden kunnen duren.

De onderzoekers hebben de eerste honderd eiwitten van deze lijst geproduceerd en getest. Wat ze ontdekten was dat de eiwitten inderdaad dezelfde activiteit lieten zien als bekende lysozymen. Maar wat het extra interessant maakte, was dat de eiwitten zo’n tachtig procent van elkaar verschilde.

Waarom dat zo boeiend is? Eiwitten met hele specifieke functies zijn over het algemeen erg gevoelig voor foutjes. Een verschil van maar één procent is al genoeg voor een eiwit om zijn hele functie te verliezen. Dat de computer het voor elkaar heeft gekregen om werkende eiwitten te ontwerpen die zoveel van elkaar verschillen, is dus erg indrukwekkend.

Het revolutionaire aan AI is dat dit enorme toepassingen heeft voor onderzoek naar eiwitten in medicijnen. Als AI genoeg eiwitten krijgt om te analyseren, zou het eiwitten kunnen produceren met elke gewenste functie. Zo zouden er misschien eiwitten geproduceerd kunnen worden die ziekten genezen zoals kanker of aids.

De eiwit AI AlphaFold – Tada Images / Shutterstock.com

Van labonderzoek naar een medicijn
Voordat zo’n eiwit ontworpen door een AI echt doorontwikkeld kan worden tot een medicijn moet er natuurlijk eerst nog uitgebreid onderzoek naar gedaan worden. De werking van deze eiwitten wordt nu alleen nog onderzocht in vitro, dat betekent buiten het lichaam in een petrischaal.

Maar de snelheid waarmee deze ‘eiwitGPT’ eiwitontwerpen produceert betekent dat de stap van in vitro naar in vivo (in het menselijk lichaam) veel sneller gaat. Zo komen we steeds een stapje dichterbij nieuwe medicijnen voor aandoeningen waarvoor nu nog niks beschikbaar is.

Vind jij dit soort AI en onderzoek interessant en zou jij hier ook graag mee aan de slag gaan? Neem dan een kijkje bij de studies in de slider en misschien ben jij wel degene die de code schrijft voor de beste ‘medicijnGPT’ of de onderzoeker die het nieuwste eiwitmedicijn ontdekt!