Umělá inteligence odhalila pět podtypů Parkinsonovy choroby, otevírá cestu k léčbě na míru
ZdravíNová studie vedená výzkumníky z VIB a KU Leuven přináší zásadní poznatky o Parkinsonově chorobě. S využitím strojového učení se jim podařilo rozdělit toto komplexní onemocnění na odlišné podtypy, což pomáhá vysvětlit, proč jedna léčba nefunguje u všech pacientů.
Vědci z Kolumbijské univerzity ve spolupráci s dalšími týmy dosáhli průlomového úspěchu v syntetické biologii, když se jim podařilo částečně odstranit jednu z 20 kanonických aminokyselin, isoleucin, z ribozomů v bakteriích Escherichia coli (E. coli). Tyto syntetické buňky, pojmenované Ec19, se staly prvními známými živými organismy, které fungují s redukovanou proteinovou „abecedou“. Bakterie Ec19 se úspěšně množily a prospívaly po stovky generací, což posouvá hranice chápání života.
Všechny známé formy života na Zemi se spoléhají na sadu 20 aminokyselin k tvorbě proteinů, které jsou základními stavebními kameny buněk a vykonávají v nich klíčové funkce. Odstranění jedné aminokyseliny by se dalo přirovnat k pokusu psát bez písmene „e“ – text by se stal nesrozumitelným. Ribozomy, buněčné stroje zodpovědné za překlad DNA do proteinů, patří k nejsložitějším strukturám v buňkách, a jakékoli zásahy do nich by mohly mít zásadní dopad. Vědci se již deset let snaží prozkoumat hranice života zmenšováním genomů nebo přidáváním syntetických aminokyselin, ale s kanonickými 20 aminokyselinami se dosud příliš nemanipulovalo.
Počáteční pokusy týmu nahradit isoleucin jinou aminokyselinou v 32 z 50 ribozomálních proteinů vedly k narušení růstu nebo úhynu bakterií. Vědci se proto obrátili na umělou inteligenci (AI). Algoritmy AI, trénované na sekvencích DNA a proteinů, dokázaly navrhnout neintuitivní způsoby, jak nahradit isoleucin, aniž by došlo k zásadnímu poškození struktury proteinu. AI navrhovala kompenzační úpravy i ve vzdálených částech genomu. Díky tomu se podařilo vytvořit 47 funkčních ribozomálních proteinů bez isoleucinu, a zbývající tři byly upraveny ručně. Výsledkem je bakterie Ec19, která obsahuje 21 modifikovaných proteinů v ribozomu a udržela si tuto změnu po více než 450 generací, i když její růst byl mírně pomalejší.
Tento objev otevírá dveře k vývoji nových syntetických organismů a k inženýrství designových proteinů a buněk s rozšířenými schopnostmi pro biotechnologie a medicínu. Odstranění isoleucinu uvolňuje kodony, které jej kódují, což usnadňuje jejich opětovné přiřazení k syntetickým aminokyselinám a vytváření proteinů s novými chemickými vlastnostmi, které by mohly být využity v medicíně, materiálovém inženýrství a biotechnologiích. Studie také zpochybňuje naše předpoklady o samotném životě – není jasné, zda je molekulární jazyk v moderních buňkách nezbytný pro přežití, nebo zda se jedná pouze o evoluční kompromis. S rostoucím využitím AI se pokrok v syntetické biologii pravděpodobně zrychlí, nicméně lidská intuice a zásahy jsou prozatím stále nezbytné pro vytváření životaschopných biologických návrhů.