Vědci s umělou inteligencí přepsali genetický kód: Život může fungovat i s 19 aminokyselinami

Vědci z Kolumbijské a Harvardovy univerzity dosáhli průlomového úspěchu v syntetické biologii, když s pomocí umělé inteligence (AI) dokázali upravit ribozom bakterie E. coli tak, aby fungoval bez jedné z 20 standardních aminokyselin – isoleucinu.

Vědci z Kolumbijské a Harvardovy univerzity dosáhli průlomového úspěchu v syntetické biologii, když s pomocí umělé inteligence (AI) dokázali upravit ribozom bakterie E. coli tak, aby fungoval bez jedné z 20 standardních aminokyselin – isoleucinu. Tento objev zpochybňuje dlouholeté předpoklady o univerzálnosti genetického kódu a otevírá nové možnosti pro pochopení evoluce života a vývoj nových proteinů.

Genetický kód je základem veškerého života na Zemi, přičemž téměř všechny organismy používají stejnou sadu tří DNA bází k zakódování 20 aminokyselin. Hypothézy naznačují, že dřívější formy života mohly mít jednodušší genetické kódy s menším počtem aminokyselin. Tým se rozhodl tuto teorii otestovat a zaměřil se na isoleucin, aminokyselinu, která je často nahrazována jinými v příbuzných proteinech napříč druhy. Využili k tomu pokročilé AI nástroje, které v posledních letech výrazně pokročily v redesignu proteinů.

První testy zahrnovaly nahrazení isoleucinu valinem v 36 esenciálních genech E. coli, přičemž 17 z nich fungovalo bez isoleucinu, ačkoliv často s pomalejším růstem. Následně se vědci zaměřili na ribozom, komplex proteinů a RNA, který překládá genetickou informaci do proteinů. Ribozom představuje velmi náročný test, protože jeho funkčnost závisí na složitých interakcích mnoha komponent. Tým postupně nahrazoval geny pro proteiny malé podjednotky ribozomu, které neobsahovaly isoleucin. Problémy nastaly u genu rplW, který se ukázal být kritickým. S pomocí AI, která navrhovala alternativní sekvence a kompenzační změny v blízkých aminokyselinách, se jim podařilo vytvořit funkční ribozom bez isoleucinu. Výsledný kmen E. coli přežil a rostl přibližně na 60–70 procent rychlosti neupravených buněk, přičemž po 400 generacích nedošlo k obnovení isoleucinu v ribozomálních proteinech.

Tento úspěch by nebyl možný bez intenzivního využití AI nástrojů pro design proteinů a ověřování jejich struktury (např. AlphaFold 2). AI dokázala navrhnout řešení, ke kterým by se většina biologů neodvážila, například nahrazení flexibilního isoleucinu nabitou aminokyselinou. Výsledky však zároveň ukazují limity současných AI modelů, které zatím nedokážou vysvětlit své rozhodovací procesy. Vědci tak museli zpětně analyzovat, co modely dělaly, na základě jejich výstupů.

Jedná se o ohromující vědecký počin, který ukazuje, jak radikální změny lze provést v systému, který se vyvíjel miliardy let. Ačkoliv zatím není jasné, co zpomaluje růst upravených buněk, a vytvoření celého genomu bez isoleucinu je stále v kategorii „možná“, tento výzkum má potenciál inspirovat další vědce k experimentům s omezenými genetickými kódy a k hledání nových chemických možností. Zároveň podtrhuje roli AI jako mocného nástroje, který umožňuje vědcům dosáhnout dříve nemyslitelných cílů, i když s nutností lidské interpretace a dalšího vývoje pro hlubší porozumění.