Χαρτογράφησαν {CR}τις πρωτεΐνες {CR}σε μερικά λεπτά!

Μισό αιώνα τώρα, η ανθρωπότητα βρίσκεται αντιμέτωπη με μια τεράστια πρόκληση – καλείται να ανακαλύψει το σχήμα των βασικών δομικών συστατικών της ζωής, μια γνώση απαραίτητη για τη θεραπεία θανατηφόρων, σήμερα, ασθενειών. Το νερό, για παράδειγμα, είναι εύκολο να το φανταστεί κανείς. Δύο άτομα υδρογόνου ενωμένα με ένα άτομο οξυγόνου: H2O. Αλλά η πρωτεΐνη που κάνει το αίμα κόκκινο, η αιμοσφαιρίνη, απαντά στον διαβολεμένο τύπο C₂₉₅₂H₄₆₆₄N₈₁₂O₈₃₂S₈Fe₄. Ο αμερικανός μοριακός βιολόγος Σάιρους Λέβινταλ είχε υπολογίσει το 1969 πως θα χρειαζόταν χρόνος μεγαλύτερος εκείνου που έχει περάσει από την αρχή του Σύμπαντος – κάπου 14 δισεκατομμύρια χρόνια – ώστε να προσδιοριστούν όλες οι πιθανές δομές μιας και μοναδικής πρωτεΐνης με βάση την αλληλουχία αμινοξέων της, συνδετικών κρίκων αυτών των μακρομορίων. Και εντούτοις, ένα σύστημα τεχνητής νοημοσύνης από τον όμιλο της Google κατάφερε να το κάνει μέσα σε μερικά λεπτά. Οι προβλέψεις του για σχεδόν όλες τις ανθρώπινες πρωτεΐνες δημοσιοποιήθηκαν την περασμένη Πέμπτη. Ενα τεράστιο άλμα για τη βιολογία, σαν να αφαιρεί η ανθρωπότητα ένα από τα υφάσματα που της καλύπτουν τα μάτια. Επικεφαλής αυτής της επανάστασης, ο 44χρονος Ντέμης Χασάμπης, γεννημένος στο Λονδίνο το 1976 από ελληνοκύπριο πατέρα και μητέρα από τη Σιγκαπούρη.

Συνιδρυτής, το 2010, του διάσημου εργαστηρίου τεχνητής νοημοσύνης DeepMind, το οποίο πωλήθηκε το 2014 στην Google αντί 650 εκατομμυρίων δολαρίων, ο διαπρεπής ερευνητής είναι νευροεπιστήμονας, σχεδιαστής ηλεκτρονικών παιχνιδιών, μεγαλοεπιχειρηματίας και παγκόσμιος πρωταθλητής στο σκάκι και στο πόκερ. Επειτα από χρόνια «προπόνησης» με βιντεοπαιχνίδια, οι επιστήμονες του DeepMind βάλθηκαν να λύσουν μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις της βιολογίας. Οι πρωτεΐνες – όπως και οι ορμόνες, τα ένζυμα και τα αντισώματα – είναι μικροσκοπικές μηχανές που πραγματοποιούν τις βασικές λειτουργίες της ζωής. Αποτελούνται από αλυσίδες άλλων, μικρότερων μορίων, αμινοξέων, σαν κολιέ από μαργαριτάρια, αλλά με ιδιαίτερα περίπλοκα, ελικοειδή, μπερδεμένα σχήματα, τα οποία καθορίζουν τη λειτουργία τους. Τα αντισώματα, οι άμυνες του ανθρώπινου σώματος απέναντι σε εισβολείς όπως ο κορωνοϊός, έχουν σχήμα Υ. Στο DNA κάθε κυττάρου, σε κάθε περίπτωση, είναι γραμμένες οι συνταγές για όλες τις πρωτεΐνες που χρειάζεται προκειμένου να λειτουργήσει: αυτές τις πληροφορίες – μια αλληλουχία αμινοξέων – διαβάζει το σύστημα του DeepMind, το AlphaFold, και έτσι προβλέπει τη δομή κάθε πρωτεΐνης. Η ακρίβειά του είναι αντίστοιχη εκείνης που επιτυγχάνεται με πειράματα στο εργαστήριο, απαιτώντας ωστόσο σημαντικά περισσότερο χρόνο και χρήμα. Είναι, όπως επισημαίνει η ισπανική «El Pais», σαν να μαντεύεις το σχήμα μιας ομελέτας βλέποντας για πρώτη φορά μια συνταγή με αβγά, πατάτες, κρεμμύδι, λάδι και αλάτι.

Το DeepMind και το Ευρωπαϊκό Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας δημοσίευσαν την Πέμπτη, μέσω της επιθεώρησης «Nature», περισσότερες από 350.000 δομές, ανάμεσά τους οι δομές κάπου 20.000 ανθρώπινων πρωτεϊνών και 20 άλλων οργανισμών, όπως το βακτήριο της φυματίωσης. Για μια «εκπληκτική τομή» με απρόβλεπτες συνέπειες έκανε λόγο ο νομπελίστας δομικός βιολόγος Βένκι Ραμακρίσναν. «Θα είναι συναρπαστικό να δούμε τους πολλούς τρόπους με τους οποίους θα αλλάξει ριζικά η βιολογική έρευνα», σημείωσε.

Κάποιες οργανώσεις δουλεύουν ήδη με τη νέα βάση δεδομένων. Η Πρωτοβουλία Φάρμακα για Παραμελημένες Ασθένειες, μια ΜΚΟ την οποία προωθούν οι Γιατροί Χωρίς Σύνορα, χρησιμοποιεί τη δομή των πρωτεϊνών προκειμένου να αναζητήσει νέες θεραπείες. Σχεδόν όλες οι ασθένειες, από τον καρκίνο μέχρι την Αλτσχάιμερ και την Covid-19, σχετίζονται με τη δομή κάποιας πρωτεΐνης. Αλλα ινστιτούτα, όπως το Πανεπιστήμιο του Πόρτσμουθ, χρησιμοποιεί το πρόγραμμα προκειμένου να σχεδιάσει πρωτεΐνες ικανές να ανακυκλώνουν πλαστικά. Ο Χασάμπης, πρόεδρος – γενικός διευθυντής του DeepMind, ανακοίνωσε ήδη πως σχεδιάζει να δημοσιεύσει 100 εκατομμύρια δομές μέσα στους επόμενους μήνες, που σημαίνει πως θα προσφέρει δωρεάν πρόβλεψη δομής για σχεδόν όλες τις πρωτεΐνες με γνωστή αλληλουχία αμινοξέων. «Πιστεύουμε πως αυτή είναι η πιο σημαντική μέχρι στιγμής συνεισφορά της τεχνητής νοημοσύνης στην επιστημονική γνώση», δήλωσε. Μια «πραγματική επανάσταση για τις βιοεπιστήμες, όπως ήταν πριν από δεκαετίες η γονιδιωματική», χαιρέτισε η Ιντιθ Χερντ, γενική διευθύντρια του Ευρωπαϊκού Εργαστηρίου Μοριακής Βιολογίας.