منوعات

يمكن أن تكون التقنية الجديدة للتنبؤ بديناميكيات البروتين بمثابة إنجاز كبير في اكتشاف الأدوية

إن فهم بنية البروتينات هو المفتاح لإزالة الغموض عن وظائفها وتطوير الأدوية التي تستهدفها. ولتحقيق هذه الغاية، طور فريق من الباحثين في جامعة براون طريقة لاستخدام التعلم الآلي للتنبؤ بسرعة بتكوينات البروتين المتعددة لتعزيز فهم ديناميكيات البروتين ووظائفه.

وقد نشرت دراسة تصف هذا النهج في الاتصالات الطبيعية يوم الاربعاء 27 مارس.

يقول المؤلفون إن هذه التقنية دقيقة وسريعة وفعالة من حيث التكلفة ولديها القدرة على إحداث ثورة في اكتشاف الأدوية من خلال اكتشاف العديد من الأهداف للعلاجات الجديدة.

في علاج السرطان المستهدف، على سبيل المثال، تم تصميم العلاجات لاستهداف البروتينات التي تتحكم في نمو الخلايا السرطانية وتقسيمها وانتشارها. وقال مؤلف الدراسة غابرييل مونتيرو دا سيلفا، الحاصل على دكتوراه، إن أحد التحديات التي يواجهها علماء الأحياء البنيوية هو فهم البروتينات الخلوية بشكل جيد بما يكفي لتحديد الأهداف. مرشح في البيولوجيا الجزيئية وبيولوجيا الخلية والكيمياء الحيوية في جامعة براون.

يستخدم مونتيرو دا سيلفا أساليب حسابية لنمذجة ديناميكيات البروتين ويبحث عن طرق لتحسين الأساليب أو إيجاد طرق جديدة تعمل بشكل أفضل في مواقف مختلفة. في هذه الدراسة، تعاون مع بريندا روبنشتاين، الأستاذة المساعدة في الكيمياء والفيزياء، وباحثين آخرين من جامعة براون لتجربة طريقة حسابية قائمة على الذكاء الاصطناعي تسمى AlphaFold 2.

في حين قال مونتيرو دا سيلفا إن دقة AlphaFold 2 أحدثت ثورة في التنبؤ ببنية البروتين، فإن الطريقة لها حدود: فهي تسمح للعلماء بنمذجة البروتينات فقط في حالة ثابتة في وقت محدد.

وقال مونتيرو دا سيلفا: “خلال معظم العمليات الخلوية، يتغير شكل البروتينات بشكل ديناميكي”. “من أجل مطابقة أهداف البروتين مع أدوية علاج السرطان والأمراض الأخرى، نحتاج إلى فهم أكثر دقة لهذه التغيرات الفسيولوجية. نحن بحاجة إلى تجاوز الأشكال ثلاثية الأبعاد لفهم الأشكال رباعية الأبعاد، والبعد الرابع هو الوقت. وهذا ما فعلناه مع هذا النهج.”

استخدم مونتيرو دا سيلفا تشبيه الحصان لشرح أنماط البروتين. إن ترتيب عضلات وأطراف الحصان يخلق أشكالًا مختلفة اعتمادًا على ما إذا كان الحصان واقفًا أم راكضًا؛ تتطابق جزيئات البروتين مع أشكال مختلفة بسبب ترتيبات الترابط بين الذرات المكونة لها. وقال مونتيرو دا سيلفا: تخيل أن البروتين هو حصان. تم استخدام الطرق السابقة للتنبؤ بنموذج الحصان الواقف. لقد كانت دقيقة، لكنها لم تذكر الكثير عن سلوك الحصان أو مظهره عندما لا يكون واقفاً.

في هذه الدراسة، تمكن الباحثون من معالجة الإشارات التطورية للبروتين لاستخدام AlphaFold 2 للتنبؤ بسرعة بتوافقات البروتين المتعددة، بالإضافة إلى التردد الذي يتم به ملء هذه الهياكل. باستخدام تشبيه الحصان، تسمح الطريقة الجديدة للباحثين بالتنبؤ بسرعة بلقطات متعددة لحصان يعدو، مما يعني أنه يمكنهم رؤية كيف ستتغير بنية عضلات الحصان أثناء تحركه، ثم مقارنة هذه الاختلافات الهيكلية.

وقال روبنشتاين، الذي تركز أبحاثه على البنية الإلكترونية: “إذا فهمت اللقطات المتعددة التي تشكل ديناميكيات ما يحدث للبروتين، فيمكنك العثور على العديد من الطرق المختلفة لاستهداف البروتينات بالأدوية وعلاج الأمراض”. والفيزياء الحيوية.

وأوضح روبنشتاين أن البروتين الذي ركز عليه الفريق في هذه الدراسة هو البروتين الذي تم تطوير أدوية مختلفة له. وأضافت أنه على مدى سنوات عديدة، لم يتمكن أحد من فهم سبب نجاح أو فشل بعض الأدوية.

“يعود الأمر كله إلى حقيقة أن هذه البروتينات المحددة لها تطابقات متعددة، بالإضافة إلى فهم كيفية ارتباط الأدوية بتوافقات مختلفة، بدلاً من البنية الثابتة الفردية التي تنبأت بها هذه التقنيات سابقًا؛ معرفة الكل “من المهم فهم كيفية ارتباط هذه الأدوية قال روبنشتاين: “إنها تعمل فعليًا في الجسم”.

تسريع وقت الاكتشاف

وأشار الباحثون إلى أن الأساليب الحسابية الحالية باهظة الثمن وتستغرق وقتًا طويلاً.

“إنها باهظة الثمن من حيث المواد، ومن حيث البنية التحتية، وتستغرق الكثير من الوقت، ولا يمكنك حقًا إجراء هذه الحسابات بإنتاجية عالية – أنا متأكد من أنني كنت أحد أفضل مستخدمي وحدات معالجة الرسومات في وقال مونتيرو دا سيلفا: “مجموعة براون للحوسبة”. “على نطاق أوسع، هذه مشكلة لأن هناك الكثير مما يجب استكشافه في عالم البروتينات: كيف تشارك ديناميكيات البروتين وبنيته في أمراض غير مفهومة جيدًا، وفي مقاومة الأدوية، وفي مسببات الأمراض الناشئة.”

وصف الباحثون كيف قضى مونتيرو دا سيلفا ثلاث سنوات في استخدام الفيزياء لفهم ديناميكيات البروتين وتوافقاته. وبفضل نهجهم الجديد القائم على الذكاء الاصطناعي، تم تقليل وقت الاكتشاف إلى بضع ساعات فقط.

وقال روبنشتاين: “لذلك يمكنك أن تتخيل الفرق الذي سيحدثه ذلك في حياة الشخص: ثلاث سنوات مقابل ثلاث ساعات”. “ولهذا السبب كان من المهم جدًا أن تكون الطريقة التي طورناها ذات إنتاجية عالية وفعالة للغاية.”

أما بالنسبة للخطوات التالية، فإن فريق البحث يعمل على تحسين منهج التعلم الآلي الخاص به، مما يجعله أكثر دقة وأكثر تعميماً وأكثر فائدة لمجموعة من التطبيقات.

..

Source link

orcalimaa

المصدر الرئيسي للأخبار والمعلومات الصحية والطبية الموثوقة وفي الوقت المناسب . توفير معلومات صحية ذات مصداقية ومجتمع داعم وخدمات تعليمية من خلال مزج الخبرة الحائزة على جوائز في المحتوى والخدمات المجتمعية وتعليقات الخبراء والمراجعة الطبية .

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى