AlphaFold rivela la struttura dell’universo proteico | Intelligenza-Artificiale

Leggi come risolvere il ripiegamento delle proteine ​​su deepmind.com/AlphaFold e vedere una cronologia della nostra svolta Qui.

È passato un anno da quando abbiamo rilasciato e reso open source AlphaFoldil nostro sistema di intelligenza artificiale per prevedere la struttura 3D di una proteina solo dalla sua sequenza di aminoacidi 1D e ha creato il Database della struttura delle proteine ​​AlphaFold (AlphaFold DB) per condividere liberamente questa conoscenza scientifica con il mondo. Le proteine ​​sono gli elementi costitutivi della vita, sono alla base di ogni processo biologico in ogni essere vivente. E, poiché la forma di una proteina è strettamente legata alla sua funzione, conoscerne la struttura consente una maggiore comprensione di cosa fa e come funziona. Speravamo che questa risorsa innovativa aiutasse ad accelerare la ricerca scientifica e la scoperta a livello globale e che altri team potessero imparare e sfruttare i progressi che abbiamo fatto con AlphaFold per creare ulteriori scoperte. Quella speranza è diventata realtà molto più rapidamente di quanto avessimo osato sognare. Solo dodici mesi dopo, più di mezzo milione di ricercatori hanno avuto accesso ad AlphaFold e lo hanno utilizzato per accelerare i progressi su importanti problemi del mondo reale, che vanno dalla inquinamento da plastica A resistenza agli antibiotici.

Oggi sono incredibilmente entusiasta di condividere la fase successiva di questo viaggio. In collaborazione con EMBL Istituto Europeo di Bioinformatica (EMBL-EBI)stiamo ora rilasciando le strutture previste per quasi tutte le proteine ​​catalogate conosciute dalla scienza, che amplieranno il AlphaFoldDB di oltre 200x – da quasi 1 milione di strutture a oltre 200 milioni di strutture – con il potenziale di aumentare notevolmente la nostra comprensione della biologia.

Questo aggiornamento include strutture previste per piante, batteri, animali e altri organismi, aprendo molte nuove opportunità ai ricercatori di utilizzare AlphaFold per portare avanti il ​​loro lavoro su questioni importanti, tra cui la sostenibilità, l’insicurezza alimentare e le malattie trascurate.

L’aggiornamento di oggi significa che la maggior parte delle pagine del database principale delle proteine UniProt arriverà con una struttura prevista. Tutte le oltre 200 milioni di strutture saranno disponibili anche per il download in blocco tramite Set di dati pubblici di Google Cloudrendendo AlphaFold ancora più accessibile agli scienziati di tutto il mondo.

“AlphaFold è il progresso singolare e epocale nelle scienze della vita che dimostra la potenza dell’intelligenza artificiale. Determinare la struttura 3D di una proteina richiedeva molti mesi o anni, ora richiede pochi secondi. AlphaFold ha già accelerato e consentito scoperte enormi, incluso il cracking del struttura del complesso dei pori nucleari. E con questa nuova aggiunta di strutture che illuminano quasi l’intero universo delle proteine, possiamo aspettarci che ogni giorno vengano risolti sempre più misteri biologici”.

– Eric Topol, Fondatore e Direttore dello Scripps Research Translational Institute

L’impatto di AlphaFold finora

Dodici mesi dopo il rilascio iniziale di AlphaFold, è stato fantastico riflettere sull’incredibile impatto che AlphaFold ha già avuto e sul nostro lungo viaggio per raggiungere il traguardo di oggi.

Per il nostro team, il successo di AlphaFold è stato particolarmente gratificante, sia perché si trattava del sistema di intelligenza artificiale più complesso che avessimo mai realizzato, richiedendo molteplici innovazioni critiche, sia perché ha avuto l’impatto a valle più significativo. Dimostrando che l’intelligenza artificiale può prevedere con precisione la forma di una proteina fino alla precisione atomica, su scala e in pochi minuti, AlphaFold non solo ha fornito una soluzione a una grande sfida lunga 50 anni, ma è anche diventato il primo grande punto di prova della nostra tesi di fondazione: che l’intelligenza artificiale può accelerare notevolmente la scoperta scientifica e, a sua volta, far avanzare l’umanità.

Abbiamo reso open source il codice di AlphaFold e pubblicato due articoli approfonditi su Nature (1, 2), che sono già stati citati più di 4000 volte. Noi collaborato strettamente con l’EMBL-EBI, leader mondiale, per progettare uno strumento che aiutasse al meglio i biologi ad accedere e utilizzare AlphaFold, e insieme hanno rilasciato AlphaFold DB, un database ricercabile aperto e gratuito per tutti. Prima di rilasciare AlphaFold, in linea con il nostro approccio attento a pionieristico in modo responsabileabbiamo cercato il contributo di oltre 30 esperti di ricerca biologica, sicurezza, etica e protezione per aiutarci a capire come condividere i vantaggi di AlphaFold con il mondo, in modo da massimizzare i potenziali benefici e ridurre al minimo i potenziali rischi.

Ad oggi, più di 500.000 ricercatori provenienti da 190 paesi hanno avuto accesso ad AlphaFold DB per visualizzare oltre 2 milioni di strutture. Le nostre strutture disponibili gratuitamente sono state integrate anche in altri set di dati pubblici, come Ensembl, UniProt e OpenTargets, a cui milioni di utenti vi accedono come parte dei loro flussi di lavoro quotidiani.

Siamo rimasti stupiti dalla velocità con cui AlphaFold è già diventato uno strumento essenziale per centinaia di migliaia di scienziati nei laboratori e nelle università di tutto il mondo per aiutarli nel loro importante lavoro. Per quanto riguarda il nostro lavoro con AlphaFold, abbiamo dato la priorità alle applicazioni che ritenevamo avrebbero avuto il beneficio sociale più positivo, concentrandoci su iniziative che storicamente erano state sottofinanziate o trascurate. Per esempio, abbiamo collaborato con il Iniziativa sui farmaci per le malattie trascurate (DNDi) per contribuire a far avanzare la loro ricerca, avvicinandoli alla ricerca di cure salvavita per malattie come Leishmaniosi E Malattia di Chagas che colpiscono in modo sproporzionato le persone nelle zone più povere del mondo. Abbiamo anche sostenuto Giornata mondiale delle malattie tropicali trascurate creando previsioni di struttura per gli organismi identificati da Organizzazione mondiale della sanità come alta priorità per la loro ricerca, contribuendo a promuovere lo studio di malattie come Lebbra E Schistosomiasiche devastano la vita di oltre 1 miliardo di persone in tutto il mondo.

È stato davvero stimolante vedere la miriade di modi in cui la comunità di ricerca ha adottato AlphaFold, utilizzandolo per qualsiasi cosa, da comprendere le malattieA proteggere le api mellifereA decifrare enigmi biologiciA guardando più in profondità nelle origini della vita stessa.

Altri esempi impressionanti, scelti dai membri del nostro team AlphaFold, includono:

Un puzzle biologico, scelto da Kathryn Tunyasuvunakool

In un recente numero speciale di Sciencediversi gruppi hanno descritto come AlphaFold li abbia aiutati a mettere insieme il complesso dei pori nucleari, uno degli enigmi più diabolici della biologia. La struttura gigante è composta da centinaia di parti proteiche e controlla tutto ciò che entra ed esce dal nucleo cellulare. La sua delicata struttura è stata finalmente rivelata utilizzando metodi sperimentali esistenti per rivelarne i contorni e le previsioni AlphaFold per completare e interpretare eventuali aree poco chiare. Questa potente combinazione sta ora diventando una routine nei laboratori, aprendo la strada a nuove scoperte scientifiche e mostrando come le tecniche sperimentali e computazionali possano lavorare insieme.

Un nuovo mondo della bioinformatica, scelto da Richard Evans

Strumenti di ricerca strutturale come Foldseek E Dalì consentono agli utenti di cercare molto rapidamente voci simili a una determinata proteina. Questo potrebbe essere un primo passo verso l’estrazione di grandi set di dati di sequenze per proteine ​​praticamente utili, come quelle che distruggono la plastica, e potrebbe fornire indizi sulla funzione delle proteine. L’aggiornamento del database per includere oltre 200 milioni di strutture previste amplificherà ulteriormente questo impatto.

Impatto diretto sulla salute umana, scelto da John Jumper

AlphaFold sta già avendo un impatto significativo e diretto sulla salute umana. Incontro con i ricercatori presso l’ Società Europea di Genetica Umana ha rivelato quanto siano importanti le strutture AlphaFold per biologi e medici che cercano di svelare le cause delle malattie genetiche rare. Inoltre, AlphaFold lo è accelerare la scoperta di farmaci fornendo una migliore comprensione delle proteine ​​appena identificate che potrebbero essere bersagli farmacologici e aiutando gli scienziati a trovare più rapidamente potenziali farmaci che si legano ad esse.

“AlphaFold è diventato uno strumento essenziale per la ricerca biofarmaceutica quasi da un giorno all’altro, anche qui a ROME Therapeutics, dove ci consente di prevedere le strutture proteiche in aree del genoma oscuro che non sono mai state risolte prima. La velocità e la precisione di AlphaFold stanno accelerando il processo di scoperta dei farmaci , e siamo solo all’inizio nel realizzare il suo impatto sulla distribuzione più rapida dei nuovi farmaci ai pazienti.”

– Rosana Kapeller, Presidente e CEO di ROME Therapeutics ed ex CSO di Nimbus Therapeutics

Solo l’inizio

AlphaFold ha lanciato la biologia in un’era di abbondanza strutturale, sbloccando l’esplorazione scientifica alla velocità digitale. AlphaFold DB funge da “ricerca su Google” per le strutture proteiche, fornendo ai ricercatori un accesso immediato ai modelli previsti delle proteine ​​che stanno studiando, consentendo loro di concentrare i propri sforzi e accelerare il lavoro sperimentale. Da combattere la malattia A sviluppare vacciniAlphaFold ha già consentito incredibili progressi su alcune delle nostre più grandi sfide globali, e questo è solo l’inizio dell’impatto che inizieremo a vedere nei prossimi anni. La nostra speranza è che questo database ampliato possa aiutare innumerevoli altri scienziati nel loro lavoro e aprire strade completamente nuove di esplorazione scientifica, come la metaproteomica.

Noi di DeepMind lavoriamo duramente per sfruttare tutto questo potenziale con investimenti significativi in ​​molte aree, inclusa la collaborazione con la nostra nuova società sorella Alphabet Laboratori isomorfi reimmaginare l’intero processo di scoperta di farmaci partendo dai principi primi con un approccio AI-first; creazione di un laboratorio umido al rinomato Istituto Francis Crick rafforzare la connessione tra l’intelligenza artificiale e le tecniche sperimentali per promuovere la comprensione della biologia, compresa la progettazione delle proteine ​​e la genomica; ed espandere il nostro L’intelligenza artificiale per la scienza team per accelerare ulteriori progressi nella nostra ricerca biologica fondamentale e applicare l’intelligenza artificiale ad altre sfide scientifiche affascinanti e importanti, come scienza del clima, chimica quantisticaE fusione.

AlphaFold è uno sguardo al futuro e a ciò che potrebbe essere possibile con i metodi computazionali e di intelligenza artificiale applicati alla biologia. Al suo livello più fondamentale, la biologia può essere pensata come un sistema di elaborazione delle informazioni, sebbene straordinariamente complesso ed emergente. Proprio come la matematica è il linguaggio descrittivo perfetto per la fisica, crediamo che l’intelligenza artificiale potrebbe rivelarsi la tecnica giusta per far fronte alla complessità dinamica della biologia. AlphaFold è un importante primo punto di prova per questo, e un segno di molto altro a venire. Come pionieri nel campo emergente della “biologia digitale”, siamo entusiasti di vedere l’enorme potenziale dell’intelligenza artificiale che inizia a realizzarsi come uno degli strumenti più utili dell’umanità per far avanzare la scoperta scientifica e comprendere i meccanismi fondamentali della vita.