Новый метод повышает активность ферментов в десятки раз

Как сделать фермент в 26 раз мощнее — и не потратить на это годы? В Иллинойсе придумали способ: ИИ подсказывает, что мутировать, робот делает белок, и все работает. Больше не нужно гадать вслепую — теперь белки учатся так же быстро, как нейросети.
Автор Наука Mail
ИИ
Искусственный интеллект научился улучшать белки быстрее, чем человек успевает их придуматьИсточник: Unsplash

В журнале Nature Communications вышла статья исследователей из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне, где представлена новая система проектирования ферментов на основе искусственного интеллекта и роботизированной платформы iBioFoundry. Команда под руководством профессора Хуэйминя Чжао смогла добиться кратного повышения активности промышленных ферментов, что открывает путь к революции в биотехнологии.

Ферменты — белки, ускоряющие химические реакции, — играют ключевую роль в производстве топлива, лекарств и пищевых добавок. Однако природные ферменты часто работают не так эффективно, как хотелось бы. Чтобы усилить их действие, приходится вводить мутации в их структуру, но комбинаций слишком много, чтобы перебрать их вручную.

Обзор платформы для автономной белковой инженерии
Обзор платформы для автономной белковой инженерииИсточник: Nature Communications

Исследователи обучили модель ИИ предсказывать, какие мутации могут улучшить фермент. Вместо случайного перебора они сразу создают небольшую, но перспективную библиотеку белков. Эти варианты автоматически собираются и тестируются в iBioFoundry — лаборатории с полной автоматизацией от синтеза до анализа. Новые данные снова подаются ИИ, и цикл повторяется.

С помощью этой системы ученые смогли улучшить два фермента: один, применяемый в кормовых добавках, увеличил свою активность в 26 раз, другой — важный катализатор — стал в 16 раз активнее и в 90 раз точнее в выборе молекул. Причем технология универсальна: достаточно только знать последовательность нужного белка.

Молекула
Белковая инженерия стала понятной даже тем, кто никогда не писал ни строчки кодаИсточник: Unsplash

Авторы разработали простой пользовательский интерфейс, с которым даже не знакомый с программированием биолог может описать задачу на английском и получить оптимизированный фермент. Это шаг к автономной лаборатории будущего — где ИИ не только анализирует, но и проектирует, производит и тестирует молекулы.

Когда ИИ берется за проектирование белков, биоинженерия обретает скорость и масштаб, немыслимые еще десятилетие назад. Ранее Наука Mail рассказывала, как нейросети помогают делать генные ножницы CRISPR точнее и безопаснее — и как это уже меняет подход к лечению наследственных болезней.