AI बना रहा उच्च बंधन क्षमता वाले प्रोटीन

वाशिंगटन: नेचर में प्रकाशित एक हालिया अध्ययन में दवा की खोज, रोग निदान और पर्यावरण निगरानी के निहितार्थ के साथ जैव प्रौद्योगिकी में एआई-संचालित प्रगति का वर्णन किया गया है।

यूनिवर्सिटी ऑफ वाशिंगटन स्कूल ऑफ मेडिसिन में इंस्टीट्यूट फॉर प्रोटीन डिजाइन के वैज्ञानिकों ने मानव हार्मोन सहित कई जटिल संकेतकों के लिए असामान्य रूप से उच्च संबंध और विशिष्टता वाले प्रोटीन अणुओं को डिजाइन करने के लिए सॉफ्टवेयर का इस्तेमाल किया। विशेष रूप से, वैज्ञानिकों ने कंप्यूटर-जनित बायोमोलेक्यूल और उसके लक्ष्य के बीच अब तक की सबसे मजबूत प्रलेखित संपर्क शक्ति प्राप्त की।

वरिष्ठ लेखक डेविड बेकर, यूडब्ल्यू मेडिसिन में बायोकैमिस्ट्री के प्रोफेसर, हॉवर्ड ह्यूजेस मेडिकल इंस्टीट्यूट के अन्वेषक और बायोलॉजी और बायोमेडिसिन में 2023 फ्रंटियर्स ऑफ नॉलेज अवार्ड के प्राप्तकर्ता ने संभावित प्रभाव पर जोर दिया: "इस तरह के उच्च बाध्यकारी संबंध के साथ नए प्रोटीन उत्पन्न करने की क्षमता और विशिष्टता नई बीमारी के उपचार से लेकर उन्नत निदान तक संभावनाओं की दुनिया खोलती है।"

बेकर लैब के सदस्यों सुज़ाना वाज़क्वेज़-टोरेस, प्रीतम वेंकटेश और फिल लेउंग के नेतृत्व में टीम ने ऐसे प्रोटीन बनाने का लक्ष्य रखा जो ग्लूकागन, न्यूरोपेप्टाइड वाई, पैराथाइरॉइड हार्मोन और अन्य पेचदार पेप्टाइड लक्ष्यों से जुड़ सकते हैं। ऐसे अणु, जो जैविक प्रणालियों में महत्वपूर्ण हैं, दवाओं और नैदानिक उपकरणों के लिए पहचानना विशेष रूप से कठिन होता है क्योंकि उनमें अक्सर स्थिर आणविक संरचनाओं का अभाव होता है।

इनमें से कुछ चिकित्सीय रूप से प्रासंगिक लक्ष्यों का पता लगाने के लिए एंटीबॉडी का उपयोग किया जा सकता है, लेकिन उत्पादन करना अक्सर महंगा होता है और इसकी शेल्फ लाइफ सीमित होती है। वेंकटेश ने बताया, "ऐसी कई बीमारियां हैं जिनका इलाज आज सिर्फ इसलिए मुश्किल है क्योंकि शरीर में कुछ अणुओं का पता लगाना बहुत चुनौतीपूर्ण है। निदान के लिए उपकरण के रूप में, डिज़ाइन किए गए प्रोटीन एंटीबॉडी के लिए अधिक लागत प्रभावी विकल्प प्रदान कर सकते हैं।"

अध्ययन एक नवीन प्रोटीन डिज़ाइन दृष्टिकोण का परिचय देता है जो उन्नत गहन-शिक्षण विधियों का उपयोग करता है। शोधकर्ताओं ने अनुक्रम-डिज़ाइन टूल प्रोटीनएमपीएनएन के संयोजन में, नए प्रोटीन आकार बनाने के लिए एक जेनरेटिव मॉडल, आरएफडिफ्यूजन का उपयोग करने का एक नया तरीका प्रस्तुत किया है।

बेकर लैब में विकसित, ये कार्यक्रम वैज्ञानिकों को पहले से कहीं अधिक कुशलता से कार्यात्मक प्रोटीन बनाने की अनुमति देते हैं। इन उपकरणों को नए तरीकों से संयोजित करके, टीम ने सीमित लक्ष्य जानकारी, जैसे अकेले पेप्टाइड के अमीनो एसिड अनुक्रम का उपयोग करके बाध्यकारी प्रोटीन उत्पन्न किया।

इस "बिल्ड टू फिट" दृष्टिकोण के व्यापक निहितार्थ जैव प्रौद्योगिकी में एक नए युग का सुझाव देते हैं जिसमें एआई-उत्पन्न प्रोटीन का उपयोग मानव स्वास्थ्य और पर्यावरण के लिए प्रासंगिक जटिल अणुओं का पता लगाने के लिए किया जा सकता है।

वाज़क्वेज़-टोरेस ने कहा, "हम प्रोटीन डिजाइन में एक रोमांचक युग देख रहे हैं, जहां उन्नत कृत्रिम बुद्धिमत्ता उपकरण, जैसे कि हमारे अध्ययन में दिखाए गए उपकरण, प्रोटीन गतिविधि में सुधार को तेज कर रहे हैं। यह सफलता जैव प्रौद्योगिकी के परिदृश्य को फिर से परिभाषित करने के लिए तैयार है।" .

कोपेनहेगन विश्वविद्यालय में जोसेफ रोजर्स लैब और यूडब्ल्यू मेडिसिन में एंड्रयू होफनागल लैब के सहयोग से, टीम ने अपने बायोडिज़ाइन तरीकों को मान्य करने के लिए प्रयोगशाला परीक्षण किए। मास स्पेक्ट्रोमेट्री का उपयोग डिज़ाइन किए गए प्रोटीन का पता लगाने के लिए किया गया था जो मानव सीरम में कम-सांद्रता वाले पेप्टाइड्स से जुड़ते हैं, जिससे संवेदनशील और सटीक रोग निदान की क्षमता का प्रदर्शन होता है।

इसके अतिरिक्त, प्रोटीन को उच्च गर्मी सहित कठोर परिस्थितियों के बावजूद अपनी लक्ष्य बंधन क्षमताओं को बनाए रखने के लिए पाया गया, जो वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोग के लिए एक महत्वपूर्ण विशेषता है। विधि की क्षमता को और प्रदर्शित करते हुए, शोधकर्ताओं ने एक उच्च-आत्मीयता वाले पैराथाइरॉइड हार्मोन बाइंडर को एक बायोसेंसर प्रणाली में एकीकृत किया और उन नमूनों में बायोल्यूमिनसेंस सिग्नल में 21 गुना वृद्धि हासिल की, जिनमें लक्ष्य हार्मोन शामिल थे।

डायग्नोस्टिक डिवाइस में यह एकीकरण एआई-जनित प्रोटीन के तत्काल व्यावहारिक अनुप्रयोगों पर प्रकाश डालता है।

अध्ययन, जो जैव प्रौद्योगिकी और कृत्रिम बुद्धिमत्ता के संगम को दर्शाता है और दोनों क्षेत्रों में एक नई मिसाल कायम करता है, नेचर में "बायोएक्टिव हेलिकल पेप्टाइड्स के उच्च-एफ़िनिटी बाइंडर्स का डी नोवो डिज़ाइन" शीर्षक के साथ दिखाई देता है।