De door AlphaFold berekende structuur van een kinase van de bacterie Legionella pneumophilia (paars). De blauwe structuur is experimenteel bepaald door Vincent Tagliabracci en Diana Tomchick.

In elke cel zijn duizenden eiwitten bezig het systeem levend te houden (wat leven ook moge betekenen). Die werkpaarden van het leven ontlenen hun functie(s) vooral aan hun ruimtelijke structuur. Al vele jaren wordt met dat probleem geworsteld, aangezien lang niet alle eiwitten  hun ‘figuur’ makkelijk prijsgeven. Je zou denken dat als je weet uit welke aminozuren een eiwit bestaat je die structuur kunt berekenen, maar dat schijnt ondoenlijk te zijn. Nu hebben onderzoekers van het CASP14-project kunstmatige intelligentie te hulp geroepen om die structuur te bepalen en dat lijkt er gunstig uit te zien.
Dat CASP14-project is in het leven geroepen om de structuur van eiwitten te kunnen voorspellen. CASP14-voorzitter John Moult van de universiteit van Maryland trapt een open deur in door te stellen dat eiwitten ongelooflijk ingewikkelde moleculen zijn. “Hun ruimtelijke structuur is wezenlijk voor de vele functies die ze uitvoeren. Zo regelt insuline de suikerspiegel in ons bloed maar ook de antilichamen die besmettingen helpen bestrijden. Zelfs kleine veranderingen in die structuur kunnen katastrofale gevolgen hebben voor onze gezondheid. Een van de efficiëntste manieren om een ziekte te begrijpen en behandelingen te vinden is de bestudering van de betrokken eiwitten.”
Het organisme mens maakt gebruik van tienduizenden verschillende eiwitten, in alle levende organismen bij elkaar zouden dat er zelfs miljarden kunnen zijn. Voor het bepalen van de structuur heb je dure apparatuur nodig (zoals een elektronenmicroscoop) en om die structuur van een (=1) eiwit te bepalen ben je soms jaren verder.
“Bijna 50 jaar geleden kreeg Christian Anfinsen de Nobelprijs door aan te tonen dat je die structuur kunt bepalen aan de hand van de volgorde van de aminozuren, de bouwstenen van een eiwit”, zegt Moult. “Daaraan werkt een groep wetenschappers binnen het CASP-project.”

In het persbericht is sprake van een ‘challenge’ (uitdaging). Kennelijk zien de onderzoekers het als een wedstrijd. De structuur wordt experimenteel bepaald, maar ook berekend. De resultaten worden door onafhankelijk derden beoordeeld. “Dat heeft gezorgd voor een intense samenwerking en de ontwikkeling versneld”, zegt Krzysztof Fidelis van de universiteit van Californië in Davis. “Sinds de eerste uitdaging in 1994 hebben we een hele serie ontdekkingen gedaan die alle een deel van een probleem hebben opgelost. Rekenmodellen om eiwitstructuren te bepalen zijn ook steeds nuttiger voor het medisch onderzoek geworden.”

AlphaFold

In de laatste ronde van de wedstrijd heeft het programma AlphaFold van het Britse ki-bedrijf DeepMind tweederde van de eiwitstructuren voorspeld met een nauwkeurigheid die vergelijkbaar is met labproeven. Bij de andere eiwitten zat AlphaFold er ook niet ver naast, maar niet met die nauwkeurigheid.
“Wat AlphaFold heeft bereikt is opmerkelijk en een dikke plus voor DeepMind, maar ook een triomf van de wetenschap”, zegt medeonderzoeker Andriy Kryshtafovych van de UC in Daves. “CASP en de intense samenwerking gedurende al die jaren van al die mensen heeft ons deze doorbraak bezorgd.” Hij denkt dat die een revolutie in de biowetenschappen kan opleveren. “Nu we het probleem voor afzonderlijke eiwitten grotendeels hebben opgelost is de mogelijkheid er dat ook te doen voor eiwitcomplexen en andere toepassingen.”

Bron: Alpha Galileo