Een kunstmatig intelligent systeem heeft een gigantische sprong gemaakt in het oplossen van een van de grootste uitdagingen van de biologie: het voorspellen van de 3D-vouwing van eiwitten.

Voorspellen hoe een keten van aminozuren zich zal vouwen tot een eiwit wordt een beetje als de heilige graal in de biologie beschouwd. Als op basis van de samenstelling van een eiwit de 3D-structuur correct kan worden voorzien, kunnen onderzoekers namelijk uitvogelen wat die eiwitten doen, hoe ze in de knoop raken en zo aandoeningen als de ziekte van Parkinson veroorzaken.

Maar met twintig aminozuren om uit te ‘kiezen’, zijn er enorm veel manieren waarop een doorsnee eiwit – bestaande uit een paar honderd aminozuren – zich kan vouwen. Deze kwestie staat al ruim vijftig jaar bekend als het eiwitvouwprobleem. Gelukkig helpt het kunstmatige intelligente systeem AlphaFold wetenschappers uit de brand. Het heeft slechts een paar uur nodig om zo’n 3D-structuur te voorspellen en doet dat al redelijk nauwkeurig.

Lees ook:

• Google gaat de wind voorspellen
• A.I. wint van wereldkampioen GO

Eiwitten

Even terug naar de basis. Eiwitten zijn een van de belangrijkste bouwstenen van het lichaam. Ze zijn opgebouwd uit lange ketens aminozuren en vervullen afhankelijk van hun vorm een scala aan verschillende taken; van het versnellen van chemische reacties tot het opruimen van ziekteverwekkers.

Hoe zo’n aminozuurketen krult en vouwt tot een eiwit hangt af van de lengte en samenstelling van de reeks. Die 3D-vouwing moet heel nauwkeurig plaatsvinden, want een minuscuul foutje kan er al voor zorgen dat het eiwit zijn taak minder goed of helemaal niet kan volbrengen. Daarom proberen wetenschappers de eiwitvouwing te voorspellen.

Wedstrijdje voorspellen

Sinds 1994 vindt de tweejaarlijkse ‘wedstrijd’ Critical Assessment of Structure Prediction (CASP) plaats, waarbij onderzoeksgroepen van over de hele wereld met behulp van software eiwitvormen proberen te voorspellen. Hoewel de wedstrijd vooral een bijdrage aan de wetenschap moet leveren, zijn onderzoekers het spel steeds fanatieker gaan spelen.

In 2018 maakte AlphaFold, onderdeel van Google’s DeepMind, zijn debuut bij CASP. Toen wist het van de 43 eiwitten 25 correct de vorm te voorspellen – bijna 60 procent dus. Ook dit jaar was het deep learning-systeem van de partij. AlphaFold2 werd gevoed met de structuren en aminozuurvolgordes van circa 170.000 eiwitten en moest toen de 3D-vouwing voorspellen. Dat deed hij dit keer in bijna 90 procent van de gevallen goed.

DeepMind zegt dat het momenteel een paper aan het voorbereiden is dat zal worden ingediend bij een peer reviewed vakblad. Onderstaand filmpje legt de doorbraak, zoals veel wetenschappers de kunsten van AlphaFold2 noemen, nog eens uit.

Bronnen: Nature, The Guardian, New Atlas

Beeld: DeepMind

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!