Den mest komplexa proteinknuten med sju korsningar (vänster) förutspådd av AlphaFold och en förenklad representation (höger). Kredit:Maarten Brems
Frågan om hur den kemiska sammansättningen av ett protein – aminosyrasekvensen – bestämmer dess 3D-struktur har varit en av de största utmaningarna inom biofysik i mer än ett halvt sekel. Denna kunskap om så kallad "veckning" av proteiner är mycket efterfrågad, eftersom den bidrar väsentligt till förståelsen av olika sjukdomar och deras behandling, bland annat. Av dessa skäl har Googles DeepMind-forskarteam utvecklat AlphaFold, en artificiell intelligens som förutsäger 3D-strukturer.
Ett team bestående av forskare från Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) och University of California, Los Angeles, har nu tittat närmare på dessa strukturer och undersökt dem med avseende på knutar. Vi känner till knutar främst från skosnören och kablar, men de förekommer även på nanoskala i våra celler. Knutna proteiner kan inte bara användas för att bedöma kvaliteten på strukturförutsägelser utan också väcker viktiga frågor om veckningsmekanismer och utvecklingen av proteiner.
De mest komplexa knutarna som test för AlphaFold
"Vi undersökte numeriskt alla - det vill säga ungefär 100 000 - förutsägelser av AlphaFold för nya proteinknutar", säger Maarten A. Brems, en Ph.D. student i Dr. Peter Virnaus grupp vid Mainz University. Målet var att identifiera sällsynta, högkvalitativa strukturer som innehåller komplexa och tidigare okända proteinknutar för att ge en grund för experimentell verifiering av AlphaFolds förutsägelser. Studien upptäckte inte bara det mest komplexa knutna proteinet hittills utan också de första sammansatta knutarna i proteiner. Det senare kan ses som två separata knutar på samma snöre.
"Dessa nya upptäckter ger också insikt i de evolutionära mekanismerna bakom sådana sällsynta proteiner," tillade Robert Runkel, en teoretisk fysiker som också är involverad i projektet. Resultaten av denna studie publicerades nyligen i Protein Science .
Dr Peter Virnau är nöjd med resultaten:"Vi har redan etablerat ett samarbete med vår kollega Dr. Todd Yeates från UCLA för att bekräfta dessa strukturer experimentellt. Denna forskningslinje kommer att forma biofysikgemenskapens syn på artificiell intelligens - och vi har tur att ha en expert som Todd Yeates inblandad." + Utforska vidare
