هوش مصنوعی پروتئین‌ها را رمزگشایی می‌کند: آغاز عصری نو در علم زیست‌شناسی

به گزارش حرف مرد، هوش مصنوعی با رمزگشایی از ساختارهای پیچیده پروتئینی که پیش از این غیرقابل درک بودند، انقلابی در زیست‌شناسی ایجاد کرده و جهشی بزرگ در کشفیات علمی به وجود آورده است.

ماجرا از چه قرار است؟

ابزارهای هوش مصنوعی مانند AlphaFold و Casanovo با پیش‌بینی ساختارهای پیچیده پروتئینی، زیست‌شناسی را متحول کرده‌اند. الگوریتم‌های جدید یاد گرفته‌اند چگونه توالی‌های ناشناخته پروتئین‌ها را استنباط کنند و از محدودیت‌های روش‌های سنتی فراتر بروند.

InstaNova با استفاده از تکنیک‌های انتشار (diffusion)، شناسایی پپتیدها را ۴۲٪ بهبود بخشیده است.
این پیشرفت‌های هوش مصنوعی فراتر از زیست‌شناسی رفته و حتی به حوزه‌هایی مانند باستان‌شناسی وارد شده و به تحلیل نمونه‌های تاریخی کمک می‌کند.

اوریگامی مولکولی: رمزگشایی پروتئین‌ها با هوش مصنوعی

پروتئین‌ها، که بسیار متنوع‌تر و پیچیده‌تر از DNA هستند، نیروی محرکه سیستم‌های زیستی محسوب می‌شوند. هر ژن می‌تواند هزاران پروتئین مختلف تولید کند که هر یک توسط فرآیندهای شیمیایی مختلف اصلاح شده‌اند. ترسیم این چشم‌انداز پروتئومی به دلیل تنوع گسترده پروتئوفرم‌ها، کاری بسیار دشوار است. روش‌های سنتی مانند طیف‌سنجی جرمی که پروتئین‌ها را به پپتیدها تجزیه و با داده‌های شناخته شده مقایسه می‌کند، با محدودیت‌های جدی روبروست—به‌طور حیرت‌آوری، ۷۰٪ از پپتیدهای شناسایی شده با هیچ ورودی در پایگاه داده‌های موجود مطابقت ندارند.

هوش مصنوعی با فراتر رفتن از روش‌های سنتی، راه‌حلی ارائه می‌دهد. ابزارهایی مانند Casanovo که توسط تیم ویلیام نوبل در دانشگاه واشنگتن توسعه یافته، از شبکه‌های عصبی برای استنباط نحوه ترکیب پپتیدها استفاده می‌کنند. این فرآیند شبیه بازسازی یک جمله از کلمات به‌هم ریخته است، جایی که هوش مصنوعی محتمل‌ترین ساختار یک پروتئین را استنتاج می‌کند. این رویکرد، تغییر بزرگی در تحقیقات پروتئومیک ایجاد کرده و به دانشمندان اجازه می‌دهد ناشناخته‌های این حوزه را با دقت بی‌سابقه‌ای بررسی کنند.

InstaNova: شرلوک هلمز دنیای پروتئین‌ها

InstaNova، ابزار دیگری که در اروپا توسط تیموتی پاتریک جنکینز و همکارانش توسعه یافته، با استفاده از تکنیک‌های diffusion (روشی معمول در تولید تصاویر هوش مصنوعی)، روش‌شناسی را بهبود بخشیده است. این روش ضدشهودی شامل افزودن نویز تصادفی به داده‌هاست تا سیستم را وادار کند جوهره اطلاعات را از میان آشوب استخراج کند.  InstaNova با تمرکز بر اطلاعات کلیدی، شناسایی پپتیدها را به‌طور چشمگیری افزایش می‌دهد.

در آزمایش‌های انجام‌شده روی مخلوط‌های پیچیده از ۹ ارگانیسم، InstaNova+ توانست ۴۲٪ پپتیدهای بیشتر نسبت به روش‌های قبلی شناسایی کند. هنگام استفاده از نمونه‌های پزشکی، این ابزار ۱٬۲۲۵ پپتید منحصربه‌فرد مرتبط با آلبومین را شناسایی کرد—در مقایسه با تنها صد پپتید با روش‌های سنتی. از این میان، ۲۵۴ پپتید قبلاً مشاهده نشده بودند. حتی این سیستم موفق شد پپتیدها را به ۵۲ پروتئین باکتریایی مرتبط کند و پتانسیل خود را در کاربردهای پزشکی و زیست‌شناسی نشان داد. کاترین سویبرگ از Atlas Antibodies می‌گوید:

InstaNova می‌تواند نمونه‌های بسیار پیچیده را پردازش کند و نتایج کاربردی ارائه دهد—این ابزار مثل یک Google Lens است، اما برای پروتئین‌ها.

فراتر از زیست‌شناسی: گسترش افق‌ها

کاربرد این سیستم‌های هوش مصنوعی محدود به زیست‌شناسی و پزشکی نیست. در دانشگاه کمبریج، متیو کالینز از این ابزارها برای تحلیل نمونه‌های باستان‌شناسی مانند استخوان‌ها و سفال‌هایی استفاده می‌کند که پروتئین‌های آنها طی قرن‌ها دفن تغییر یافته‌اند. این ابزارهای هوش مصنوعی آنقدر مؤثر بوده‌اند که حتی روش‌شناسی تحقیقات را دگرگون کرده و بینش‌های جدیدی درباره گذشته ارائه داده‌اند.

همچنین بخوانید: کاشت موفق تراشه در مغز انسان؛ نورالینک یک گام به آینده نزدیک‌تر شد

قدرت تحول‌آفرین هوش مصنوعی در این است که آنچه زمانی نامرئی بود را آشکار می‌کند. این مدل‌ها با گسترش فضای دید ما، مرزهای پژوهش را بازتعریف می‌کنند و به دانشمندان امکان می‌دهند مسیرهای جدیدی برای تحقیق کشف کنند. این همگرایی بین هوش مصنوعی و علم، عصر جدیدی از اکتشافات را رقم زده است—جایی که محدودیت‌های روش‌های متعارف با راه‌حل‌های نوآورانه و مبتنی بر هوش مصنوعی پشت سر گذاشته می‌شوند.

آینده هوش مصنوعی در اکتشافات علمی

ادغام هوش مصنوعی در تحقیقات زیست‌شناسی، گواهی بر قدرت فناوری در پیشبرد درک بشر است. هوش مصنوعی با جابجا کردن مرزهای غیرممکن، چشم‌انداز پژوهش علمی را دگرگون می‌کند. این ابزارها نه‌تنها روش‌های فعلی را بهبود می‌بخشند، بلکه مسیرهای جدیدی برای کاوش—از پروتئومیک تا باستان‌شناسی—می‌گشایند.

با ادامه کاوش در پتانسیل هوش مصنوعی در حوزه‌های مختلف، این پرسش مطرح می‌شود:
«این پیشرفت‌ها چگونه آینده اکتشافات علمی را شکل خواهند داد و چه رازهای جدیدی به کمک آنها فاش خواهند شد؟»

منبع: daily galaxy