AlphaFold rivela la struttura dell’universo delle proteine

AlphaFold rivela la struttura delle proteine.

Leggi della soluzione alla piegatura delle proteine ​​su deepmind.com/AlphaFold e guarda una cronologia del nostro progresso qui.

È passato un anno da quando abbiamo rilasciato e reso open source AlphaFold, il nostro sistema di intelligenza artificiale per prevedere la struttura tridimensionale di una proteina solo dalla sua sequenza di amminoacidi monodimensionale e creato il database di struttura delle proteine ​​AlphaFold (AlphaFold DB) per condividere liberamente questa conoscenza scientifica con il mondo. Le proteine ​​sono i mattoni della vita, sono alla base di ogni processo biologico in ogni forma di vita. E, poiché la forma di una proteina è strettamente legata alla sua funzione, conoscere la struttura di una proteina apre una maggiore comprensione di ciò che fa e come funziona. Speravamo che questa risorsa innovativa avrebbe aiutato ad accelerare la ricerca scientifica e le scoperte a livello globale e che altre squadre potessero imparare e costruire sui progressi che abbiamo fatto con AlphaFold per creare ulteriori scoperte. Quella speranza è diventata realtà molto più velocemente di quanto avessimo osato sognare. Solo dodici mesi dopo, AlphaFold è stato consultato da oltre mezzo milione di ricercatori ed è stato utilizzato per accelerare i progressi su importanti problemi del mondo reale, dalla contaminazione da plastica alla resistenza agli antibiotici.

Oggi sono incredibilmente entusiasta di condividere la prossima fase di questo percorso. In collaborazione con l’Istituto europeo di bioinformatica EMBL (EMBL-EBI), stiamo ora rilasciando strutture previste per quasi tutte le proteine catalogate conosciute dalla scienza, che espanderanno l’AlphaFold DB di oltre 200 volte – da quasi 1 milione di strutture a oltre 200 milioni di strutture – con il potenziale per aumentare drasticamente la nostra comprensione della biologia.

• Rendendoci conto che gli scienziati sono i veri supereroi
• Avanzare nella conservazione con il riconoscimento facciale basato su intelligenza artificiale delle tartarughe
• Dal controllo dei motori all’intelligenza incarnata

Questo aggiornamento include strutture previste per piante, batteri, animali e altri organismi, aprendo molte nuove opportunità per i ricercatori di utilizzare AlphaFold per avanzare nel loro lavoro su questioni importanti, tra cui sostenibilità, insicurezza alimentare e malattie trascurate.

L’aggiornamento di oggi significa che la maggior parte delle pagine del principale database delle proteine ​​UniProt verrà fornita con una struttura prevista. Tutte le oltre 200 milioni di strutture saranno anche disponibili per il download in blocco tramite Google Cloud Public Datasets, rendendo AlphaFold ancora più accessibile agli scienziati di tutto il mondo.

“AlphaFold è l’unico e straordinario progresso nelle scienze della vita che dimostra il potere dell’intelligenza artificiale. Determinare la struttura tridimensionale di una proteina richiedeva molto tempo o anni, ora richiede secondi. AlphaFold ha già accelerato e permesso grandi scoperte, incluso lo sblocco della struttura del complesso del poro nucleare. E con questa nuova aggiunta di strutture che illuminano quasi l’intero universo proteico, possiamo aspettarci che più misteri biologici vengano risolti ogni giorno.” – Eric Topol, fondatore e direttore dell’Istituto di ricerca traslazionale di Scripps

Impatto di AlphaFold finora

Dodici mesi dopo il rilascio iniziale di AlphaFold, è stato incredibile riflettere sull’incredibile impatto che AlphaFold ha già avuto e sul nostro lungo percorso per raggiungere il traguardo di oggi.

Per il nostro team, il successo di AlphaFold è stato particolarmente gratificante, sia perché era il sistema di intelligenza artificiale più complesso che avessimo mai costruito, richiedendo più innovazioni critiche, sia perché ha avuto l’effetto più significativo a valle. Dimostrando che l’intelligenza artificiale poteva prevedere con precisione la forma di una proteina con precisione atomica, su larga scala e in pochi minuti, AlphaFold non solo ha fornito una soluzione a una grande sfida di 50 anni, ma è diventato anche il primo punto di prova importante della nostra tesi fondamentale: che l’intelligenza artificiale può accelerare in modo significativo la scoperta scientifica e, di conseguenza, far avanzare l’umanità.

Abbiamo reso open source il codice di AlphaFold e pubblicato due articoli approfonditi su Nature [1, 2], che sono già stati citati più di 4000 volte. Abbiamo collaborato strettamente con il rinomato EMBL-EBI per progettare uno strumento che potesse aiutare al meglio i biologi ad accedere e utilizzare AlphaFold e insieme abbiamo rilasciato AlphaFold DB, un database consultabile che è aperto e gratuito per tutti. Prima di rilasciare AlphaFold, in linea con il nostro approccio attento a pionierismo responsabile, abbiamo cercato il contributo di oltre 30 esperti nel campo della ricerca biologica, della sicurezza, dell’etica e della sicurezza per aiutarci a capire come condividere i benefici di AlphaFold con il mondo, in un modo che massimizzasse il potenziale beneficio e minimizzasse il potenziale rischio.

Fino ad oggi, oltre 500.000 ricercatori provenienti da 190 paesi hanno acceduto ad AlphaFold DB per visualizzare oltre 2 milioni di strutture. Le nostre strutture liberamente disponibili sono state integrate anche in altri dataset pubblici, come Ensembl, UniProt e OpenTargets, dove milioni di utenti vi accedono come parte delle loro attività quotidiane.

Siamo rimasti stupiti dalla velocità con cui AlphaFold è diventato uno strumento essenziale per centinaia di migliaia di scienziati in laboratori e università di tutto il mondo per aiutarli nel loro importante lavoro. Per quanto riguarda il nostro lavoro con AlphaFold, abbiamo dato la priorità alle applicazioni che riteniamo avrebbero avuto il maggior beneficio sociale positivo, concentrandoci su iniziative che erano state storicamente sottofinanziate o trascurate. Ad esempio, ci siamo associati all’iniziativa Farmaci per le Malattie Neglette (DNDi) per contribuire a far progredire le loro ricerche, avvicinandoli sempre di più alla scoperta di cure salvavita per malattie come la Leishmaniosi e la Malattia di Chagas che colpiscono in modo sproporzionato le persone nelle parti più povere del mondo. Abbiamo anche sostenuto la Giornata Mondiale delle Malattie Tropicali Neglette creando previsioni strutturali per gli organismi identificati dall’Organizzazione Mondiale della Sanità come prioritari per le loro ricerche, contribuendo così allo studio di malattie come la Lebbra e la Schistosomiasi, che devastano la vita di oltre 1 miliardo di persone in tutto il mondo.

È stato molto ispirante vedere i molteplici modi in cui la comunità scientifica ha utilizzato AlphaFold, utilizzandolo per tutto, dall’analisi delle malattie alla protezione delle api, dalla decifrazione degli enigmi biologici all’approfondimento delle origini stesse della vita.

Altri esempi impressionanti, scelti dai membri del nostro team di AlphaFold, includono:

Un puzzle biologico, scelto da Kathryn Tunyasuvunakool

In un recente numero speciale di Science , diversi gruppi hanno descritto come AlphaFold li ha aiutati a ricostruire il complesso del poro nucleare, uno dei puzzle più complessi della biologia. La gigantesca struttura è composta da centinaia di parti proteiche e controlla tutto ciò che entra e esce dal nucleo cellulare. La sua delicata struttura è stata finalmente rivelata utilizzando metodi sperimentali esistenti per delineare il suo contorno e le previsioni di AlphaFold per completare e interpretare eventuali aree poco chiare. Questa potente combinazione sta diventando routine nei laboratori, sbloccando nuove scoperte scientifiche e dimostrando come le tecniche sperimentali e computazionali possano lavorare insieme.

Sbloccare il complesso del poro nucleare: https://unfolded.deepmind.com/stories/unlocking-the-nuclear-pore-complex

Un nuovo mondo di bioinformatica, scelto da Richard Evans

Strumenti di ricerca strutturale come Foldseek e Dali consentono agli utenti di cercare rapidamente voci simili a una determinata proteina. Questo potrebbe essere un primo passo verso l’estrazione di proteine praticamente utili da grandi insiemi di sequenze, come quelle che degradano la plastica, e potrebbe fornire indizi sulla funzione delle proteine. L’aggiornamento del database per includere oltre 200 milioni di strutture previste amplificherà ulteriormente questo impatto.

Impatto diretto sulla salute umana, scelto da John Jumper

AlphaFold sta già avendo un impatto significativo e diretto sulla salute umana. L’incontro con i ricercatori della Società Europea di Genetica Umana ha rivelato quanto siano importanti le strutture di AlphaFold per i biologi e i clinici che cercano di comprendere le cause delle malattie genetiche rare. Inoltre, AlphaFold sta accelerando la scoperta di farmaci fornendo una migliore comprensione delle nuove proteine identificate come potenziali bersagli farmacologici e aiutando gli scienziati a trovare più rapidamente potenziali medicinali che si legano ad esse.

“AlphaFold è diventato uno strumento essenziale per la ricerca biomedica quasi all’istante, incluso qui alla ROME Therapeutics, dove ci permette di prevedere le strutture proteiche in aree del genoma oscuro che non sono mai state risolte in precedenza. La velocità e l’accuratezza di AlphaFold stanno accelerando il processo di scoperta dei farmaci e siamo solo all’inizio nel capire il suo impatto nel portare nuovi medicinali innovativi ai pazienti più velocemente.” – Rosana Kapeller, Presidente e CEO di ROME Therapeutics e ex CSO di Nimbus Therapeutics

: https://unfolded.deepmind.com

Storie da Unfolded Rendere le previsioni di AlphaFold disponibili agli scienziati di tutto il mondo Accelerare la lotta contro l’inquinamento da plastica: https://unfolded.deepmind.com/stories/making-alphafolds-predictions-available-to-scientists-around-the-world

Solo l’inizio

AlphaFold ha lanciato la biologia in un’era di abbondanza strutturale, sbloccando l’esplorazione scientifica a velocità digitale. L’AlphaFold DB funge da “ricerca su Google” per le strutture proteiche, fornendo ai ricercatori un accesso istantaneo ai modelli previsti delle proteine che stanno studiando, consentendo loro di concentrare i loro sforzi ed accelerare il lavoro sperimentale. Dalla lotta contro le malattie allo sviluppo di vaccini, AlphaFold ha già consentito progressi incredibili su alcune delle nostre più grandi sfide globali, e questo è solo l’inizio dell’impatto che inizieremo a vedere nei prossimi anni. La nostra speranza è che questo database ampliato possa aiutare innumerevoli altri scienziati nel loro lavoro e aprire completamente nuove vie di esplorazione scientifica, come la metaproteomica.

Presso DeepMind, stiamo lavorando duramente per sfruttare tutto questo potenziale con significativi investimenti in molte aree, inclusa la collaborazione con la nostra nuova società del gruppo Alphabet, Isomorphic Labs, per ripensare l’intero processo di scoperta dei farmaci partendo dalle prime basi con un approccio basato sull’IA; l’istituzione di un laboratorio umido presso il rinomato Francis Crick Institute per rafforzare il collegamento tra l’IA e le tecniche sperimentali al fine di avanzare nella comprensione della biologia, inclusa la progettazione delle proteine e la genomica; e l’ampliamento del nostro team di IA per la Scienza al fine di accelerare ulteriormente i progressi nella nostra ricerca fondamentale sulla biologia e applicare l’IA ad altre sfide scientifiche affascinanti e importanti, come la scienza del clima, la chimica quantistica e la fusione.

AlphaFold è uno sguardo al futuro e a ciò che potrebbe essere possibile con l’applicazione dei metodi computazionali e di intelligenza artificiale alla biologia. Al suo livello più fondamentale, la biologia può essere considerata come un sistema di elaborazione delle informazioni, sebbene straordinariamente complesso ed emergente. Proprio come la matematica è il linguaggio di descrizione perfetto per la fisica, crediamo che l’IA potrebbe rivelarsi la tecnica giusta per affrontare la complessità dinamica della biologia. AlphaFold è una prima importante prova di questo concetto e un segno di molto altro ancora. Come pionieri nel campo emergente della “biologia digitale”, siamo entusiasti di vedere il grande potenziale dell’IA che inizia a realizzarsi come uno degli strumenti più utili dell’umanità per avanzare nella scoperta scientifica e nella comprensione dei meccanismi fondamentali della vita.