Yapay zeka, biyolojinin en temel yapı taşlarına ilişkin anlayışımızı yeniden şekillendiriyor. Nature Machine Intelligence dergisinde yayınlanan dönüm noktası niteliğindeki bir çalışmada bilim insanları, daha önce tespit edilemeyen proteinlerin kodunu çözebilen ve kanser tedavisi geliştirme, hastalık analizi ve hatta olağanüstü hayvan adaptasyonlarının incelenmesinde yeni sınırlar açan iki yapay zeka aracı InstaNovo ve InstaNovo+’ı tanıttı.
“Gizli Proteom” Mücadelesi
Hücresel işlevin taşıyıcıları olan proteinler, genetik planlarına her zaman sadık kalmazlar. Üretim sırasındaki hatalar veya translasyon sonrası modifikasyonlar, kütle spektrometresi veri tabanı aramaları gibi geleneksel tespit yöntemleri tarafından genellikle görünmeyen beklenmedik varyantlar yaratabilir. Bu anlaşılması zor “gizli proteinler”, proteomu tam olarak haritalandırma çabalarını uzun süredir engellemekte ve kanser ve “nörodejenerasyon” gibi hastalıklara ilişkin içgörüleri sınırlamaktadır.
Yapay Zeka Kodu Nasıl Kırıyor?
InstaNovo ve InstaNovo+ bu zorluğun üstesinden farklı ancak tamamlayıcı yaklaşımlarla gelmektedir:
- InstaNovo (OpenAI’ın GPT-4’ünden esinlenmiştir), amino asit dizilerini tahmin etmek için kütle spektrometresi verilerini (proteinlerin spektral “parmak izi”) analiz eder. Referans veritabanlarının yetersiz kaldığı durumlarda bile karmaşık sinyal modellerini okunabilir protein yapılarına dönüştürür.
- InstaNovo+, net protein profillerini yeniden oluşturmak için spektral verilerden gürültüyü yinelemeli olarak kaldıran bir AI görüntü oluşturucu gibi çalışır.
Denemelerde, bu araçlar geleneksel yöntemlerden 6 kata kadar daha iyi performans göstererek küçük insan bağışıklık molekülleri gibi tespit edilmesi zor proteinleri tanımladı. Örneğin, InstaNovo+ pankreas kanseri hastalarında hızlı kas erimesiyle bağlantılı proteinleri işaretledi; bu, araştırmacıları on yıllardır şaşırtan bir olguydu.
Laboratuvarlardan Klinik Etkiye
Sonuçlar çok derin. Bu modeller gizli proteinleri açığa çıkararak:
- Yeni Kanser Mekanizmalarını Ortaya Çıkarabilir: Tümörler genellikle metastaz veya ilaç direncine neden olan anormal proteinler üretir. InstaNovo’nun bu molekülleri tespit etme yeteneği yeni terapötik hedefleri ortaya çıkarabilir.
- Hastalık Yollarının Şifresini Çözme: Yanlış katlanmış veya işlevsiz proteinler Alzheimer gibi durumların temelini oluşturur. Yapay zeka odaklı keşif, biyobelirteç tanımlamasını hızlandırabilir.
- Hayvan Gizemlerinin Kilidini Açma: Tardigradlar aşırı koşullarda nasıl hayatta kalıyor? Açıklanamayan hayvan özellikleri, artık yapay zeka tarafından tespit edilebilen benzersiz proteinlerden kaynaklanıyor olabilir.
Zorluklar ve Sonraki Adımlar
Umut verici olmakla birlikte, araçlar hatasız değildir. 5’lik bir yanlış pozitif oran deneysel doğrulama gerektiriyor. Washington Üniversitesi’nde hesaplamalı proteomik uzmanı olan William Noble, “Asıl soru sadece doğruluk değil, bu tahminlerin gerçek dünya araştırmalarına nasıl entegre edileceğidir,” diyor. Dana-Farber Kanser Enstitüsü’nden Amanda Smythers gibi araştırmacılar şimdiden işbirliklerini araştırıyor. “Bir veri denizinde kansere yol açan tek bir proteini saptadığınızı hayal edin. Bu, kişiselleştirilmiş tıpta devrim yaratabilir,” diyor.
Proteomik İçin Kritik Bir Adım
Bilinen dizilerden protein yapılarını tahmin eden AlphaFold’un aksine InstaNovo, proteomik için kritik bir adım olan ham spektral verilerden dizileri deşifre eder. Yapay zeka, genomik ve fonksiyonel biyoloji arasındaki boşlukları doldurmaya devam ederken, “gizli proteom” nihayet gün ışığına çıkıyor ve yaşamın moleküler mekanizmasını teşhis etmek, tedavi etmek ve anlamak için benzeri görülmemiş fırsatlar sunuyor.