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Forscher des Institute for Protein Design zeigen, wie KI neue Proteinformen erzeugen kann - Felix Weber - Doktorand und SAP Consultant
Forscher des Institute for Protein Design zeigen, wie KI neue Proteinformen erzeugen kann

Das Institute for Protein Design hat dazu beigetragen, dass Wissenschaftler die Struktur eines Proteins mit Hilfe von Tools der künstlichen Intelligenz vorhersagen können – eine Leistung, die ihm im vergangenen Jahr die Auszeichnung „Durchbruch des Jahres“ der Zeitschrift Science für seine Software AlphaFold eingebracht hat.

Die Gruppe der University of Washington zeigt nun, wie KI eingesetzt werden kann, um neue Proteine schneller als bisher möglich zu erstellen. Die Fortschritte, die in drei Artikeln in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurden, dürften die Entwicklung neuer Proteine für die Biomedizin, für Werkstoffe und andere Anwendungen beschleunigen.

„Software für die Vorhersage von Proteinstrukturen ist ein Teil der Lösung, aber sie kann allein nichts Neues hervorbringen“, sagte IPD-Postdoktorand Justas Dauparas in einer Pressemitteilung.

Das IPD ist seit langem führend bei der Entwicklung neuer Proteine: Seine Software für das Proteindesign wurde an 30.000 akademische Gruppen lizenziert und ist die Grundlage für zahlreiche kommerzielle Unternehmen, darunter IPD-Ausgründungen wie Cyrus Biotechnology und Icosavax. Die neuen Studien gehen über das Arbeitspferd der IPD-Software hinaus, um KI für die Proteinentwicklung zu nutzen.

In einer im Juli veröffentlichten Studie zeigten die Forscher, wie KI neue Proteinformen erzeugen kann, indem sie zunächst eine Form auf der Grundlage einer einfachen Eingabeaufforderung „halluziniert“, so wie DALL-E oder andere KI-Tools ihre Ergebnisse produzieren. Die Struktur wird durch einen als „Inpainting“ bezeichneten Prozess verfeinert, den die Gruppe mit einer Autocomplete-Funktion vergleicht.

In einer zweiten Studie, die am Donnerstag veröffentlicht wurde, beschleunigten die Forscher den Prozess und präsentierten ihr neues KI-gestütztes Softwaretool namens ProteinMPNN. Es erledigt die Designaufgabe in einer Sekunde und damit mehr als 200 Mal schneller als bisherige Tools. In einer dritten Studie am Donnerstag verwendete die Gruppe AlphaFold, ein KI-Tool, das von Alphabets DeepMind entwickelt wurde, um zu zeigen, dass sich ihre Proteindesigns wahrscheinlich in die beabsichtigten Formen falten werden.

„Wir haben herausgefunden, dass Proteine, die mit ProteinMPNN hergestellt wurden, sich viel wahrscheinlicher wie beabsichtigt falten, und wir konnten mit diesen Methoden sehr komplexe Proteinzusammensetzungen schaffen“, sagte IPD-Postdoktorand Basile Wicky.

„ProteinMPNN ist für das Proteindesign das, was AlphaFold für die Vorhersage von Proteinstrukturen war“, sagt David Baker, IPD-Leiter und Hauptautor der drei Studien.