Inženýrství proteinů představuje obor s ohromným potenciálem v různých vědeckých a lékařských oblastech, avšak čelí významným výzvám. Tradiční metody návrhu proteinů s novými nebo vylepšenými funkcemi jsou pomalé, pracné a neefektivní, což brzdí pokrok v plném využití jejich kapacity.
Nicméně vědci na University of Wisconsin-Madison představili průkopnické řešení: platformu pro průzkum proteinových struktur s využitím autonomních strojů s inteligencí nazývanou SAMPLE. Tento inovativní přístup kombinuje inteligentního agenta s plně automatickým robotickým systémem k posílení inženýrství proteinů.
SAMPLE platforma funguje prostřednictvím spolupracujícího procesu. Inteligentní agent navrhuje nové proteiny a zároveň se učí o vztazích mezi sekvencí a funkcí, zatímco robotický systém provádí experimenty a poskytuje zpětnou vazbu.
Vědci provedli 10 000 simulovaných pokusů o inženýrství proteinů pomocí SAMPLE platformy, zaměřující se na data o cytochromu P450. Při výběru sekvencí proteinů pro testování použili různé metody bayesovské optimalizace (BO). Termostabilita modifikovaných proteinů sloužila jako míra účinnosti těchto metod. Studie také zkoumala hromadné testování a identifikovala některé výhody menších skupinových experimentů. Model Gaussovského procesu (GP), který byl trénován na datech o sekvenci a funkci, řídil rozhodování inteligentního agenta, což zajišťovalo robustnost a spolehlivost prostřednictvím více vrstev výjimečného zpracování a kontroly kvality.
Pozoruhodně SAMPLE platforma úspěšně identifikovala enzymy glykosidové hydrolázy, které prokázaly významně zlepšenou stabilitu ve srovnání se počátečními sekvencemi. Tyto strojem navržené proteiny vykazovaly minimálně 12°C zvýšení tepelné tolerance. Zajímavé je, že nejlepší sekvence identifikované každým agentem byly jedinečné, ale nakonec směřovaly k témuž regionu v prostoru výkonnosti, což naznačuje dosažení globálního vrcholu výkonnosti. Potvrzení od lidské charakterizace dále potvrdilo zlepšenou termostabilitu a zachovanou katalytickou aktivitu strojem navržených proteinů.
SAMPLE platforma představuje významný skok vpřed v inženýrství proteinů a představuje potenciál samostatně řízených laboratoří k automatizaci a urychlení vědeckých objevů. Její integrace učení, rozhodování a experimentování zcela autonomním způsobem představuje značné zlepšení oproti předchozím poloautonomním systémům. Tento systematický přístup zdůrazňuje synergii inteligentního počítačového návrhu, automatizovaného experimentování a přesného řízení dat při posunu inženýrství proteinů.
Díky schopnostem SAMPLE platformy přináší budoucnost inženýrství proteinů slib vyššího tempa pokroku a inovativních objevů v chemii, energetice, medicíně a za hranicemi těchto oborů.
Časté otázky:
1. Co je inženýrství proteinů?
Inženýrství proteinů je obor zabývající se návrhem a modifikací proteinů s cílem vytvořit proteiny s novými nebo vylepšenými funkcemi.
2. Jak funguje SAMPLE platforma?
SAMPLE platforma využívá kombinaci inteligentního agenta a plně automatického robotického systému k navrhování a testování nových proteinů. Inteligentní agent se učí o vztazích mezi sekvencí a funkcí proteinů a navrhuje nové sekvence, zatímco robotický systém provádí experimenty a poskytuje zpětnou vazbu.
3. Jaké jsou výhody SAMPLE platformy?
SAMPLE platforma umožňuje rychlejší a efektivnější inženýrství proteinů díky autonomnímu provádění experimentů a použití inteligentního agenta pro návrh nových proteinů. Tímto způsobem je možné objevovat proteiny s vylepšenými funkcemi či vlastnostmi v kratším čase než pomocí tradičních metod.
Zdroj: universityofwisconsin.edu
The source of the article is from the blog scimag.news