Akrep Zehrine Karşı Yapay Zeka Protein Tasarladı: 318 Bin Adaydan 17’si Laboratuvar Testini Başarıyla Geçti, Sonuçlar
Yapay zeka, akrep zehrinin insan sinir sistemi üzerindeki etkilerine karşı geliştirilebilecek yeni tedaviler için dikkat çeken bir çalışmada kullanıldı. Claude modeli, akrep zehrindeki nörotoksinleri hedeflemek üzere 318 bin 484 protein tasarımı oluşturdu. Laboratuvarda test edilen 211 adaydan 17’si belirlenen bağlanma kriterlerini karşılamayı başardı.
Çalışmanın sonuçları, belirli akrep nörotoksinlerini hedefleyen proteinlerin yapay zeka yardımıyla tasarlanabileceğini ve laboratuvar ortamında hedef moleküllere bağlanabildiğini gösterdi. Araştırmada en güçlü adayların, Meksika'da bulunan bir akrep türünün toksinine tek haneli nanomolar düzeyinde bağlanma afinitesi gösterdiği belirtildi.
Yapay Zeka Akrep Zehrini Hedefleyen Proteinler Tasarladı
Citrini Research'ün katkılarıyla yürütülen çalışmada yapay zeka modeli Claude kullanıldı. Laboratuvar testlerini ise Adaptyv Bio ve Twist Bioscience gerçekleştirdi.
Araştırmanın merkezinde, belirli hedef moleküllere bağlanmak üzere tasarlanan küçük proteinler olan minibinder'lar yer aldı. Claude'dan, akrep zehrinde bulunan ve sinir sistemi üzerinde etkili olan nörotoksinleri hedefleyecek proteinler geliştirmesi istendi.
Çalışmada Meksika, Brezilya, Kuzey Afrika ve Orta Doğu'da bulunan akreplerin ürettiği 5 nörotoksin hedef alındı.
Claude, büyük ölçüde otonom biçimde çalışarak 12 protein tasarım aracından yararlandı. Model toplam 318 bin 484 aday protein oluşturdu ve 553 bin 52 protein-toksin eşleşmesini hesaplamalı yöntemlerle taradı.
Bu süreçte yaklaşık 10 bin GPU saati kullanıldı.
211 Protein Laboratuvarda Test Edildi
Yapay zekanın oluşturduğu yüz binlerce tasarımın tamamı laboratuvarda incelenmedi. İlk komutun ardından verilen dört ek talimatla model, laboratuvarda test edilmek üzere 180 tasarım seçti.
Araştırmacılar daha sonra Claude'un yardımıyla 31 tasarımı daha listeye ekledi. Böylece laboratuvar incelemesine alınan toplam aday protein sayısı 211'e ulaştı.
Adayların bir bölümü yalnızca tek bir toksini hedefleyecek şekilde hazırlanırken, diğerleri aynı anda birden fazla toksine bağlanabilecek biçimde tasarlandı.
Adaptyv Bio ve Twist Bioscience, oluşturulan proteinleri farklı laboratuvar yöntemleriyle üretti. İki şirket de proteinlerin hedef moleküllere ne kadar güçlü bağlandığını ve bu bağın ne hızla ayrıldığını ölçmek için yüzey plazmon rezonansı tekniğini kullandı.
Başarılı Sayılmak İçin Birden Fazla Şart Arandı
Laboratuvar aşamasında bir proteinin başarılı kabul edilebilmesi için belirli koşulları karşılaması gerekti.
Aday proteinin her iki laboratuvarda da tutarlı biçimde bağlanma göstermesi, belirlenen afinite eşiğini karşılaması ve kontrol amacıyla kullanılan, insanlarda bulunan ilgisiz bir proteine tespit edilebilir düzeyde bağlanmaması şartları arandı.
Bu değerlendirme sonucunda 211 adayın 17'si belirlenen koşulları sağladı.
Başarılı tasarımların 7'si Meksika akrep toksini Cn2'yi, 4'ü AaH I'i, 4'ü AaH II’yi ve 2'si LqhIII’ü hedef aldı.
Buna karşılık birden fazla toksine bağlanmak üzere tasarlanan adayların hiçbiri, birden fazla toksine karşı gerekli kriterleri karşılayamadı.
Tek Toksini Hedefleyen Tasarımlarda Dikkat Çeken Sonuç
Araştırmada özellikle tek bir toksini hedeflemek üzere tasarlanan proteinler öne çıktı.
Yalnızca tek bir toksini hedeflemek üzere özel olarak geliştirilen 60 tasarımın 11'i başarılı oldu. Bu sonuç yaklaşık yüzde 18'lik bir başarı oranına karşılık geldi.
Çalışmanın ortaya koyduğu sonuç, belirli toksinlere yönelik protein tasarımlarının laboratuvar ortamında hedeflerine bağlanabildiğini gösterdi.
Akrep Sokmaları Milyonlarca Kişiyi Etkiliyor
Akrep zehrine karşı yeni tedavi yöntemleri geliştirilmesinin arkasındaki önemli nedenlerden biri, akrep sokmalarının dünya genelindeki etkisi.
Interesting Engineering'in haberine göre, akrep sokmaları dünya genelinde her yıl en az 1,2 milyon kişiyi etkiliyor. Özellikle sağlık hizmetlerine erişimin kısıtlı olduğu bölgelerde, çoğunlukla çocuklar arasında 3 bin 250'den fazla ölüme yol açıyor.
Bu tablo, akrep zehrindeki farklı toksinleri hedefleyebilecek tedavilerin geliştirilmesini önemli bir araştırma alanı haline getiriyor.
Mevcut Panzehirlerin Üretimi Uzun Sürebiliyor
Mevcut panzehirlerin üretiminde genellikle at gibi hayvanların zehirle bağışıklanması ve daha sonra kanlarından antikorların elde edilmesi yöntemi kullanılıyor.
Bu üretim süreci aylar alabiliyor. Ayrıca geliştirilen tedaviler çoğunlukla sınırlı sayıdaki toksine karşı etkili oluyor.
Yapay zeka destekli çalışmanın dikkat çektiği nokta ise farklı toksinleri hedefleyen proteinlerin bilgisayar ortamında tasarlanabilmesi ve daha sonra laboratuvar koşullarında seçilen adayların test edilebilmesi.
Çalışma Panzehir İçin Ne Anlama Geliyor?
Araştırmada 318 bin 484 protein tasarımının oluşturulması ve bunların içinden 211 adayın laboratuvar ortamında incelenmesi, yapay zekanın protein tasarımındaki kullanım alanını ortaya koyan sonuçlardan biri oldu.
Laboratuvar testlerinde 17 adayın belirlenen bağlanma kriterlerini karşılaması ise tasarlanan proteinlerin hedef toksinlerle etkileşime girebildiğini gösterdi.
Bununla birlikte çalışmanın verilen sonuçları, doğrudan kullanılabilir bir panzehirin geliştirildiğini göstermiyor. Araştırmanın ortaya koyduğu temel sonuç, yapay zeka tarafından tasarlanan belirli proteinlerin laboratuvar ortamında hedef akrep toksinlerine bağlanabildiği yönünde.
Bu nedenle elde edilen adayların akrep sokmalarına karşı kullanılabilecek bir tedaviye dönüşmesi açısından laboratuvar sonuçları araştırmanın önemli bir aşamasını oluşturuyor.
Bundan Sonra Ne Olacak?
Çalışmada yapay zekanın ürettiği yüz binlerce seçenek arasından daha sınırlı sayıda adayın seçilerek laboratuvarda değerlendirilmesi, araştırmanın bilgisayar ortamından deneysel aşamaya taşındığını gösteriyor.
Özellikle tek bir toksini hedeflemek üzere geliştirilen 60 tasarımdan 11'inin belirlenen kriterleri karşılaması, araştırmada dikkat çeken sonuçlardan biri olarak öne çıktı.
Ancak birden fazla toksini aynı anda hedeflemek üzere tasarlanan adayların hiçbirinin gerekli kriterleri karşılayamaması, bu alandaki tasarım sürecinin hâlâ önemli zorluklar barındırdığını da ortaya koydu.
Araştırmanın sonuçları, akrep zehrine karşı geliştirilebilecek yeni protein temelli yaklaşımlarda yapay zekanın kullanılabileceğine ilişkin dikkat çekici bir deneysel sonuç sunuyor.
