На стыке искусственного интеллекта и биологии исследователи представили ESM3 — модель, способную смоделировать эволюцию и создавать белки, которые не могли бы возникнуть в природе. Новый зеленый флуоресцентный белок, названный esmGFP, был создан с использованием этой технологии и может углубить наше понимание молекулярных процессов.
ESM3 работает как переводчик "языка" белков, предсказывая, как они могут эволюционировать в последовательности, структуре и функции. Модель обучена на более чем 770 миллиардах данных о природных белках, что позволяет ей не только имитировать эволюцию, но и исследовать неизведанные области молекулярного дизайна. Это похоже на сжатие 500 миллионов лет эволюционной истории в одну вычислительную платформу.
Для проверки возможностей ESM3 команда исследователей попросила модель создать флуоресцентный белок. Несмотря на многолетние усилия ученых, создать белки, значительно отличающиеся от природных, было сложно. Однако ESM3 смогла разработать esmGFP, который оказался на 58% отличным от своего ближайшего известного аналога. Это достижение является значительным, так как даже небольшие мутации могут привести к потере флуоресценции.
Процесс создания белка включал итеративные корректировки последовательности и структуры, что напоминало естественный отбор. В отличие от традиционных методов, ESM3 использовала структурированный подход, называемый "цепочкой размышлений", для генерации и уточнения дизайна. После синтеза в лаборатории белок успешно продемонстрировал флуоресценцию, что подтвердило успех эксперимента.
Создание искусственных белков, таких как esmGFP, может открыть новые возможности в медицине, экологии и синтетической биологии. Исследователи предполагают, что такие белки могут стать основой для создания ферментов, разлагающих пластиковые отходы, или новых методов лечения заболеваний. Кроме того, ESM3 может помочь ученым лучше понять, как белки эволюционируют и адаптируются к новым условиям.
Эти достижения могут также пролить свет на давние научные дебаты о том, является ли эволюция случайным процессом или неизбежным. Открытость модели ESM3 позволит ученым по всему миру использовать ее в своих исследованиях, что станет важным шагом в будущем биологии.