నోబెల్ గ్రహీత డేవిడ్ బేకర్ నేతృత్వంలోని వాషింగ్టన్ విశ్వవిద్యాలయానికి చెందిన ఒక బృందం మొదటి నుండి సమర్థవంతమైన ఎంజైమ్‌లను రూపొందించడానికి కృత్రిమ మేధస్సును ఉపయోగిస్తోంది – పరిశోధకులు “సైన్స్ యొక్క గొప్ప సవాళ్లలో ఒకటి” అని పిలుస్తారు.
ఎంజైమ్‌లు సహజ ప్రపంచంలోని విజార్డ్‌లు, అణువులను మార్చగల ప్రోటీన్లు మరియు తేలికపాటి పరిస్థితులలో రసాయన ప్రతిచర్యలను వేగంగా వేగవంతం చేస్తాయి. అవి ప్రతి జీవన కణంలో కనిపిస్తాయి మరియు జీవితానికి అవసరం. మాదకద్రవ్యాల ఉత్పత్తి మరియు పారిశ్రామిక ప్రక్రియల కోసం ఎంజైమ్‌లు ఇప్పటికే ఉపయోగించబడుతున్నాయి. ఎంజైమ్ సృష్టి కోసం కొత్తగా అభివృద్ధి చేసిన సాధనాలు విస్తృత-శ్రేణి అనువర్తనాలను అన్‌లాక్ చేయగలవు.
“ఇప్పుడు మేము ఈ ఎంజైమ్‌లను ఆసక్తి యొక్క ఏదైనా ప్రతిచర్యకు, సిద్ధాంతపరంగా తయారు చేయవచ్చు” అని ఇటీవలి పిహెచ్‌డి అన్నా లాకో అన్నారు. నుండి గ్రాడ్యుయేట్ బేకర్ ల్యాబ్. “ఇది మేము ఎంజైమ్ డిజైన్‌ను చేసే విధంగా తిప్పికొట్టారు.”
లాకో సైన్స్ జర్నల్‌లో ఈ రోజు ప్రచురించబడుతున్న ఒక పరిశోధనా పత్రం సహ-నాయకుడు. ఆమె సహ-ప్రముఖులు సామ్ పెల్లక్ప్రయోగశాలలో నటన బోధకుడు మరియు కీరా సుమిదాబేకర్ గ్రాడ్యుయేట్ విద్యార్థులలో ఒకరు.
గత సంవత్సరం యుడబ్ల్యు మెడిసిన్ వద్ద ఇన్స్టిట్యూట్ ఫర్ ప్రోటీన్ డిజైన్ యొక్క బయోకెమిస్ట్ మరియు డైరెక్టర్ బేకర్, కెమిస్ట్రీలో నోబెల్ బహుమతిని గెలుచుకున్నాడు, ప్రోటీన్ల పరమాణు రూపకల్పనను విప్పుట మరియు కొత్త వాటిని నిర్మించడానికి AI ని ఉపయోగించినందుకు సాంకేతిక పరిజ్ఞానాన్ని అభివృద్ధి చేయడం.
గతంలో, శాస్త్రవేత్తలు ఫ్రాంకెన్‌స్టైయిన్ ఎంజైమ్‌లను తయారు చేశారు, సమావేశమైన భాగాలు ఖచ్చితమైన పనిని నిర్వహించగలవని ఆశతో ఇప్పటికే ఉన్న ప్రోటీన్ల భాగాలను కుట్టారు. కానీ ఎంజైమ్‌లు తరచుగా సూక్ష్మమైన కార్యకలాపాలను నిర్వహించాల్సిన అవసరం ఉంది, అవి అణువులను మార్చేటప్పుడు ఆకృతులను అనేకసార్లు మారుస్తాయి.
పెల్లక్ పాత విధానాన్ని ఎంజైమ్ డిజైన్‌తో పోల్చారు, సూట్ కోసం పొదుపు దుకాణానికి వెళ్ళాడు.
“మీరు బాగా సరిపోయే సూట్‌ను కనుగొనబోయే అవకాశం లేదు,” అని అతను చెప్పాడు, మరియు ఎంజైమ్‌లు అదే విధంగా ఉన్నాయి. అవి ప్రాథమిక ముక్కలను కలిగి ఉన్నాయి, కానీ వారు సంభాషించడానికి అవసరమైన అణువులతో సరిగ్గా సరిపోలలేదు. కొత్త విధానం బెస్పోక్ ప్రోటీన్లను ఉత్పత్తి చేస్తుంది.
వారి అత్యాధునిక విధానాన్ని పరీక్షించడానికి, UW పరిశోధకులు సెరైన్ హైడ్రోలేస్ అని పిలువబడే బాగా అధ్యయనం చేయబడిన ఎంజైమ్‌పై దృష్టి పెట్టారు. ప్లాస్టిక్స్, పాలిస్టర్లు మరియు మానవులలో సాధారణ కొవ్వుతో సహా అనేక కార్బన్ కలిగిన అణువుల నిర్మాణానికి కీలకమైన రసాయన బంధాన్ని ఎంజైమ్ చేయగలుగుతుంది.
ఈ బృందం Rfdiffusion మోడల్‌ను ఉపయోగించింది, ఇది గతంలో బేకర్ ల్యాబ్ చేత అభివృద్ధి చేయబడిన ప్రోటీన్లను ఉత్పత్తి చేయడానికి AI ప్రోగ్రామ్ మరియు ఓపెన్ సోర్స్. వారు ప్లేసర్ అనే కొత్త సాధనంతో కలిపారు, ఇది చాలా ఆశాజనక డి నోవో ఎంజైమ్ అభ్యర్థులను గుర్తించడంలో సహాయపడింది. శాస్త్రవేత్తలు అప్పుడు యంత్ర సృష్టించిన ఎంజైమ్‌ల పనితీరును పరీక్షించారు.
“అవి ఇప్పటికీ స్థానిక ఎంజైమ్‌ల వలె మంచివి కావు” అని పెల్లక్ చెప్పారు. “కానీ కంప్యూటర్ నుండి, ఇవి తయారు చేయబడినవి మరియు అవి చాలా ఎక్కువ ఖచ్చితత్వంతో తయారు చేయబడ్డాయి.”
ఈ సాధన ఒక మైలురాయి మరియు ప్రకృతి ఉత్పత్తి చేసిన వాటిని ప్రదర్శించగలిగే మానవ-నడిచే పనుల కోసం కొత్త ఎంజైమ్‌లను తయారు చేయడానికి పరిశోధకులు దగ్గరగా ఉన్నారని రుజువు చేస్తుంది.
ఉదాహరణకు, సుమిడా, ప్లాస్టిక్ వ్యర్థాలను గ్రహం యొక్క భారీ గ్లూట్‌ను దిగజార్చడంలో సహాయపడే ఎంజైమ్‌ను నిర్మించడానికి కృషి చేస్తోంది. ప్లాస్టిక్ అనేది పరిణామ స్థాయిలో చాలా కొత్త పదార్ధం కాబట్టి ఎంజైమ్‌లు అభివృద్ధి చెందడానికి ఎక్కువ సమయం లేదు.
సెరైన్ హైడ్రోలేస్ కుటుంబంలో ఒక ఎంజైమ్ ఉంది, ఇది వాటర్ బాటిల్స్ మరియు ఇతర ఉత్పత్తులను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించే ప్లాస్టిక్‌లోని బంధాలను కత్తిరించగలదు, అయితే అక్కడ అనేక రకాల ప్లాస్టిక్‌లు ఉన్నాయి, అవి స్థిరంగా పారవేయాల్సిన అవసరం ఉంది.
“మేము ఈ ఎంజైమ్‌లను మొదటి నుండి నిర్మించగలిగితే ఇది మంచి అనువర్తనం అని మేము భావించాము,” ఆమె చెప్పింది మరియు వివిధ రకాల ప్లాస్టిక్ కోసం వాటిని అనుకూలీకరించండి.
దశాబ్దాల తరువాత ఎక్కువగా నిరాశపరిచే ప్రయత్నాల తరువాత అధిక-పనితీరు గల, AI- రూపొందించిన ఎంజైమ్‌ల రావడానికి పరిశోధకులు ఆసక్తిగా ఉన్నారు.
“ఆశాజనక మీరు ఎంజైమ్ డిజైన్ ప్రాజెక్టుల గురించి మరింత వినడం ప్రారంభిస్తారు,” అని పెల్లక్ చెప్పారు, “ఎందుకంటే అవి వాస్తవానికి వాటి చివరలో ఒక క్రియాత్మక ఎంజైమ్‌ను ఇస్తాయి.”
సైన్స్ పేపర్ కోసం అదనపు రచయితలు డేవిడ్ బేకర్, ఇవాన్ అనిష్చెంకో, డేవిడ్ జుర్గెన్స్, వుడీ అహెర్న్, జిహున్ జెంగ్, అలెక్స్ షిడా, ఆండ్రూ హంట్, ఇండ్రెక్ కల్వెట్, క్రిస్టోఫర్ నార్న్, ఇయాన్ హంఫ్రీస్, కూపర్ జామిసన్, రోహిత్ కృష్ణ, యాకోవ్ కిప్నిస్, ఎవాన్స్, ఎవాన్స్ బ్రాకెన్‌బ్రో, అసిమ్ బేరా, బనుమతి శంకరన్ మరియు కెఎన్ హౌక్.
రచయిత అనుబంధాలలో ఈ క్రింది UW విభాగాలు మరియు కార్యక్రమాలు ఉన్నాయి: బయోకెమిస్ట్రీ; జీవ భౌతిక శాస్త్రం, నిర్మాణం మరియు రూపకల్పన; ప్రోటీన్ డిజైన్ కోసం ఇన్స్టిట్యూట్; మాలిక్యులర్ ఇంజనీరింగ్; కెమిస్ట్రీ; హోవార్డ్ హ్యూస్ మెడికల్ ఇన్స్టిట్యూట్; మరియు పాల్ జి. అలెన్ స్కూల్ ఆఫ్ కంప్యూటర్ సైన్స్ అండ్ ఇంజనీరింగ్. UCLA యొక్క కెమిస్ట్రీ మరియు బయోకెమిస్ట్రీ విభాగానికి చెందిన శాస్త్రవేత్త కూడా సహకరించారు.
