Amerikaanse wetenschappers hebben een fluorescerend eiwit gebouwd dat eigenlijk pas over 500 miljoen jaar van evolutie kan ontstaan. Met kunstmatige intelligentie spoelden ze die evolutie versneld vooruit.
Maarten Keulemans is wetenschapsredacteur bij de Volkskrant, gespecialiseerd in klimaat en microleven.
In welk levend wezen het eiwit ooit te vinden zal zijn, áls het ooit al ontstaat, is lastig te zeggen. Nog het meest verwant is het aan een eiwit dat bepaalde huidige zeeanemonen en koralen groenig laat oplichten in het donker.
Maar ook daaraan is het slechts voor amper 50 procent verwant. Het eiwit dat de onderzoekers ontdekten en in hun lab fabriceerden, is volslagen nieuw. Honderden miljoenen jaren aan evolutie zou de natuur erover doen om het eiwit zelf te kunnen maken.
Een belangrijke demonstratie van het scheppend vermogen van AI, stelt het Amerikaanse team, onder leiding van oud-Meta-onderzoeker Alex Rives, in vakblad Science. Rives begon met twee collega’s een eigen bedrijf, nadat het moederbedrijf achter Facebook en Instagram de AI-afdeling waar hij werkte had opgedoekt. Zijn AI-model ‘ESM3’ moet nog niet bestaande biologische moleculen uitdenken.
‘AI is een gereedschap om te ontwerpen zoals we ook gebouwen, machines en microchips ontwerpen en computerprogramma’s schrijven’, zei Rives een halfjaar geleden. Zijn bedrijf EvolutionaryScale had toen net een slordige 140 miljoen euro aan investeringen opgehaald, onder meer bij Amazon en chipfabrikant Nvidia. Rives wil ESM3 eiwitten laten bedenken die ziekten kunnen genezen of bijvoorbeeld CO2 kunnen afvangen.
Bedenk een compleet nieuw, fluorescerend eiwit, luidde de opdracht die Rives en zijn collega’s hun kunstmatige intelligentie gaven. Daartoe trainden ze hun model op een dataset van liefst 2,78 miljard bestaande eiwitten, goed voor bij elkaar 771 miljard ‘herkenningspunten’. Zo bedacht ESM3 wel tienduizenden lichtgevende eiwitten.
Daaruit koos Rives de 88 meest realistische: eiwitten die in theorie ook echt kunnen ontstaan door een opeenvolging van stapsgewijze, kleine mutaties, net als in de evolutie. Die overblijvers bouwden de onderzoekers na in hun lab, waarna ze keken welk van de eiwitten het beste fluoresceerde. Op de tweede rij in putje nummer acht van hun ‘poffertjespan’ vol micro-experimenten vonden ze het: een exotisch, fluorescerend eiwit waarop de evolutie zelf nog niet is gekomen.
‘Echt een innovatie, heel gaaf dat ze een compleet nieuw eiwit kunnen ontwerpen dat ook echt functionaliteit heeft’, reageert desgevraagd ook hoogleraar AI en medische chemie Gerard van Westen (Universiteit Leiden) na lezing van het onderzoek.
Ook Van Westen voorziet medische toepassingen. Zo mijmert hij over AI-modellen die moleculen uitdokteren zonder de eigenschappen waarvan bekend is dat ze bijwerkingen kunnen veroorzaken. ‘En wat kan met eiwitten, kan waarschijnlijk ook met chemische moleculen’, denkt Van Westen, die net een groot Europees onderzoeksvoorstel in die richting heeft ingediend.
Eiwitten zijn de radertjes en moertjes van het leven. Alle levende materie is eruit opgebouwd. Maar die radertjes zelf zijn knap ingewikkeld: ketens van vaak honderden aan elkaar geregen aminozuren, die in de cel opfrommelen tot een propje dat vervolgens een functie heeft. Zoals energie opzuigen en weer uitzenden in de vorm van groen licht, zoals het ‘groen fluorescerend eiwit’ (GFP) doet bij onder meer kwallen. Dergelijke eiwitten worden in de wetenschap veel gebruikt als biologische ‘lampjes’ om te kunnen volgen hoe experimenten verlopen.
‘Tot voor kort konden algoritmens slechts een 3D-structuur voorspellen die hoort bij die geregen ketens’, duidt Van Westen. ‘Dit algoritme is ongelooflijk veelzijdiger, omdat functies onderdeel zijn van het algoritme. Het kan dus ook een keten bedenken die een bepaalde functie uit kan voeren. Je begint met een bepaalde functionaliteit en zegt dan: bedenk een bepaalde vorm van een eiwit eromheen.’
Alles over wetenschap vindt u hier.
Geselecteerd door de redactie
Source: Volkskrant