Google DeepMind, bilim dünyası için son derece kullanışlı olabilecek yapay zekâ modellerine kısa süre önce bir yenisini daha ekledi. AlphaProtein Novo adını taşıyan sistem, daha önce hiçbir canlıda görülmemiş kimyasal tepkimeleri gerçekleştirebilecek enzimleri sıfırdan tasarlayabiliyor. Üstelik Google DeepMind, AlphaProtein Novo’nun kaynak kodunu GitHub üzerinden erişime açarak araştırmacıların sistemi kendi çalışmalarında kullanabilmesinin önünü açtı. AlphaProtein Novo, Doğada Bulunmayan Enzimleri Sıfırdan Tasarlayabiliyor
AlphaProtein Novo’nun geleneksel protein yapay zekâlarından ayrıldığı nokta, yalnızca bir proteinin nasıl görüneceğini tahmin etmek yerine belirli bir kimyasal işlevi yerine getirebilecek proteinleri sıfırdan tasarlayabilmesi. Örneğin bir diğer Google DeepMind yapay zekâsı olan AlphaFold, bir proteinin amino asit dizisinden hareketle üç boyutlu yapısını tahmin etmeye odaklanırken AlphaProtein Novo, belirli bir kimyasal tepkimeyi gerçekleştirecek yeni bir protein yapısı ve amino asit dizisi oluşturabiliyor. Böylece doğada mevcut bir karşılığı bulunmayan enzimlerin de tasarlanmasının önü açılıyor.
Sistem, bu amaçla difüzyon modeli adı verilen bir yapay zekâ yaklaşımından yararlanıyor. Tasarlanması istenen kimyasal tepkimeye ait katalitik motif ve hedef molekül hakkında bilgi alan model, tepkimenin gerçekleşmesini sağlayacak kritik atom düzenini koruyarak proteinin geri kalanını oluşturuyor. Katalitik motif, kimyasal tepkimede görev alan atomların ve amino asitlerin uzaydaki düzenini ifade ediyor. Modelin ürettiği tasarımlar daha sonra isteğe bağlı olarak LigandMPNN ile yeniden düzenleniyor, AlphaFold 3 ile üç boyutlu yapıları tahmin ediliyor ve çeşitli ölçütlerle değerlendiriliyor. Bu süreçte yalnızca proteinin genel yapısı değil, hedef molekülün bağlanma biçimi ve tepkime için gerekli atomlar arasındaki mesafeler de inceleniyor.
İlaç Üretiminde Yeni Kapılar Açıyor
AlphaProtein Novo’nun dikkat çeken sonuçlarından biri, ilaç kimyasında önemli bir yapı taşı olan piperidinin üretimi için tasarlanan enzimden geldi. Araştırmacılar, ilaçların etkin bileşenlerinin geliştirilmesinde kullanılan Piperidin’den üretmek için, doğada bilinen enzimlerin gerçekleştirmediği bir kimyasal dönüşümü sağlayabilecek yeni bir enzim tasarladı.
Burada önemli olan yalnızca hedef molekülün üretilmesi değil, kimyasal tepkimenin molekülün hangi noktasında gerçekleştiğinin de kontrol edilebilmesiydi. Rejiyoseçicilik olarak adlandırılan bu özellik, bir tepkimenin molekülün belirli bir bölgesinde gerçekleşmesini ifade ediyor. Araştırmada tasarlanan enzim, hedeflenen piperidin ürününü rakip ürüne kıyasla yaklaşık 99 kat daha fazla oluşturdu.
Bu yaklaşım, ilaç üretiminde istenmeyen yan ürünlerin azaltılması ve kimyasal sentez süreçlerinin daha verimli hâle getirilmesi açısından önem taşıyor. Doğal enzimler evrim sürecinde belirli işlevleri yerine getirecek şekilde şekillendiği için her kimyasal dönüşümü gerçekleştiremiyor. AlphaProtein Novo ise doğada hazır bir karşılığı bulunmayan tepkimeler için özel olarak tasarlanmış biyokatalizörler geliştirilmesine imkân tanıyor.
Plastikleri Temizlemek İçin de Özel Bir Enzim Geliştirildi
Google DeepMind araştırmacılarının geliştirdiği sistemin bir diğer önemli başarısı da DEHP adı verilen kimyasalı parçalayabilen bir enzim tasarlaması oldu. Bis(2-etilheksil) ftalat olarak da bilinen DEHP, plastiklere esneklik kazandırmak amacıyla kullanılan bir kimyasal. Çevreye yayıldığında kirliliğe sebep olan bu madde, insan sağlığı üzerindeki olası etkileri nedeniyle de yakından takip ediliyor.
Doğal enzimlerin bu tür maddeleri parçalamakta karşılaştığı sorunlardan biri, yüksek sıcaklıklar ve bazı kimyasal çözücüler gibi zorlu koşullarda işlevlerini kaybedebilmeleri. AlphaProtein Novo tarafından tasarlanan enzim ise oda sıcaklığına kıyasla 90 derece Celsius’ta 14 kat daha yüksek aktivite gösterdi. Ayrıca yüzde 75 oranında asetonitril içeren bir ortamda da etkinliğini korudu. Doğal enzimler, aynı koşullarda tamamen etkisiz kalırken yapay zekâ tarafından tasarlanan enzim çalışmayı sürdürdü.
Araştırmada dikkat çeken bir başka bulgu da tasarlanan bazı enzimlerin doğal karşılıklarından yüzde 60’a kadar daha küçük olması. Bu durum, aynı miktarda malzeme içinde daha fazla enzim molekülü bulunmasını ve dolayısıyla uygun koşullarda daha yüksek bir aktif bölge yoğunluğuna ulaşılmasını sağlayabilir. Tabii proteinlerin küçük olması tek başına daha yüksek verim anlamına gelmiyor; kararlılıkları ve hedef moleküllerle etkileşimleri de önem taşıyor.
