AlphaProteo: Un Nuovo Sistema di IA per la Progettazione delle Proteine

Un innovativo sistema di intelligenza artificiale, chiamato AlphaProteo, è stato sviluppato per progettare proteine in grado di legarsi con successo a molecole target. Questa tecnologia ha il potenziale di rivoluzionare la progettazione di farmaci, la comprensione delle malattie e molto altro. Ogni processo biologico nel corpo, dalla crescita cellulare alle risposte immunitarie, dipende dalle interazioni tra molecole note come proteine. Analogamente a una chiave che apre una serratura, una proteina può legarsi a un'altra, regolando processi cellulari cruciali.

L'importanza della progettazione delle proteine

Strumenti di previsione della struttura proteica, come AlphaFold, hanno già fornito importanti intuizioni su come le proteine interagiscono per svolgere le loro funzioni. Tuttavia, questi strumenti non possono creare nuove proteine per manipolare direttamente tali interazioni. Con AlphaProteo, i ricercatori possono generare proteine innovative che si legano a molecole target, accelerando i progressi in vari ambiti della ricerca, tra cui:

• Sviluppo di farmaci
• Imaging cellulare e tissutale
• Comprensione e diagnosi delle malattie
• Resistenza delle colture ai parassiti

AlphaProteo: Un passo avanti nella progettazione delle proteine

AlphaProteo è il primo sistema di IA in grado di progettare leganti proteici ad alta affinità, fungendo da mattoni per la ricerca biologica e sanitaria. Questa tecnologia ha dimostrato di generare nuovi leganti proteici per diverse proteine target, inclusa VEGF-A, associata a tumori e complicazioni diabetiche. È la prima volta che uno strumento di IA riesce a progettare un legante proteico efficace per VEGF-A, ottenendo tassi di successo sperimentale superiori e affinità di legame da 3 a 300 volte migliori rispetto ai metodi esistenti su sette proteine target testate.

Comprendere le interazioni tra proteine

Progettare leganti proteici che si leghino saldamente a una proteina target è una sfida complessa. I metodi tradizionali richiedono tempi lunghi e molteplici cicli di lavoro di laboratorio. Dopo la creazione dei leganti, sono necessarie ulteriori fasi sperimentali per ottimizzare l'affinità di legame. AlphaProteo, addestrato su enormi quantità di dati proteici provenienti dal Protein Data Bank (PDB) e oltre 100 milioni di strutture previste da AlphaFold, ha appreso i molteplici modi in cui le molecole si legano tra loro.

Per il target specifico della proteina virale BHRF1, l'88% delle molecole candidate ha mostrato un legame riuscito durante i test nel laboratorio di Google DeepMind. In media, i leganti progettati da AlphaProteo si legano 10 volte più fortemente rispetto ai migliori metodi di progettazione esistenti. Per un altro target, TrkA, i leganti di AlphaProteo sono risultati più forti rispetto ai leganti progettati precedentemente, che avevano già subito più cicli di ottimizzazione sperimentale.

Validazione e applicazioni pratiche

Oltre alla validazione in laboratorio, AlphaProteo è stato testato da gruppi di ricerca del Francis Crick Institute. Questi gruppi hanno confermato che le interazioni di legame dei leganti erano simili a quelle previste da AlphaProteo e che alcuni leganti SC2RBD hanno dimostrato di prevenire l'infezione da SARS-CoV-2 e alcune delle sue varianti. Le prestazioni di AlphaProteo potrebbero ridurre drasticamente il tempo necessario per esperimenti iniziali su leganti proteici in una vasta gamma di applicazioni.

Tuttavia, AlphaProteo ha mostrato dei limiti, non riuscendo a progettare leganti efficaci per un ottavo target, TNFɑ, associato a malattie autoimmuni come l'artrite reumatoide. Questo target è stato scelto per sfidare robustamente AlphaProteo, poiché l'analisi computazionale ha rivelato che progettare leganti sarebbe estremamente difficile. Il team continuerà a migliorare AlphaProteo per affrontare anche target complessi.

Il futuro della progettazione delle proteine

La progettazione delle proteine è una tecnologia in rapida evoluzione con un potenziale enorme per avanzare nella scienza, dalla comprensione delle malattie allo sviluppo di test diagnostici per epidemie virali, fino a processi di produzione più sostenibili. Per affrontare i rischi potenziali per la bio-sicurezza, il team collabora con esperti esterni per sviluppare pratiche responsabili e sicure. In futuro, si lavorerà con la comunità scientifica per sfruttare AlphaProteo su problemi biologici impattanti e comprendere le sue limitazioni. Inoltre, si stanno esplorando le applicazioni nella progettazione di farmaci presso Isomorphic Labs, con grande entusiasmo per le prospettive future.