Googles DeepMind AlphaFold löst Protein-Faltungsproblem

Es ist eine Sensation, was dem Google DeepMind AI-Team mit dem Programm AlphaFold gelungen ist. Das Programm konnte das seit 50 Jahren ungelöste Faltungsprobleme für Proteine binnen Stunden lösen. Das weckt Hoffnung auf eine schnellere Medikamentenentwicklung.


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Die Proteinfaltung ist der Prozess, durch den Proteine ihre dreidimensionale Struktur erhalten. Sie findet während und nach der Synthese der Peptidkette statt und ist Voraussetzung für die fehlerfreie Funktion des Proteins. Bewirkt wird die Faltung durch kleinste Bewegungen der Lösungsmittelmoleküle (Wassermoleküle) und durch elektrische Anziehungskräfte innerhalb des Proteinmoleküls. Einige Proteine können nur mithilfe von bestimmten Enzymen oder Chaperon-Proteinen die richtige Faltung erreichen. In diesem Artikel geht jemand im Jahr 2010 auf das Problem der Problemfaltung beim Modellieren ein.

AlphaFold: Eine Lösung

Nun hat Googles DeepMind AI -Gruppe mit AlphaFold eine Lösung für eine 50 Jahre alte Herausforderung in der Biologie gefunden. Ein KI-Netzwerk (künstlicher Intelligenz), das vom Google-AI-Ableger DeepMind entwickelt wurde, lässt sich zur Bestimmung der 3D-Form eines Proteins aus seiner Aminosäuresequenz verwenden. Diese wurde von Google in diesem Blog-Beitrag angekündigt.

Das Programm AlphaFold von DeepMind gewann den 14. Wettbewerb zur kritischen Bewertung der Proteinstrukturvorhersage (Critical Assessment of Protein Structure Prediction, kurz CASP), indem es zeigte, dass es die endgültige Struktur von 100 Sequenzen genau vorhersagen kann, wobei die Ergebnisse in vielen Fällen so gut sind wie Strukturen, die durch tatsächliche physikalische Experimente bestimmt wurden. Die Ergebnisse wurden am 30. November zu Beginn der Konferenz bekannt gegeben. Das Medium Nature berichtet hier über diese Entwicklung.

CASP gibt es seit 1994, aber erst in den letzten Jahren mit dem Aufkommen der KI wurden echte Fortschritte erzielt. „Wir stecken seit fast 50 Jahren in diesem einen Problem fest – wie falten sich Proteine zusammen“, sagte Professor John Moult, CASP-Vorsitzender und Mitbegründer, in einem DeepMind-Blogpost. „Zu sehen, wie DeepMind eine Lösung für dieses Problem erarbeitet, nachdem wir so lange und nach so vielen Stopps und Starts persönlich an diesem Problem gearbeitet haben, und uns gefragt haben, ob wir jemals dort ankommen würden, ist ein ganz besonderer Moment.“

Googles Deep-Learning-Programm zur Bestimmung der 3D-Formen von Proteinen wird die Biologie verändern, sagen Wissenschaftler. Details sind den beiden verlinkten Beiträgen von Google und Nature zu entnehmen. The Guardian hat ebenfalls einen Artikel zum Thema veröffentlicht.


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4 Antworten zu Googles DeepMind AlphaFold löst Protein-Faltungsproblem

  1. voko sagt:

    „Googles Deep-Learning-Programm zur Bestimmung der 3D-Formen von Proteinen wird die Biologie verändern, sagen Wissenschaftler.“ – Da stehen bei mir die Alarmglocken auf Rot. Google wird die Biologie verändern. Verinnerlicht euch einmal diese Aussage….

    • PCsSindCool sagt:

      @voko
      Muss schön sein, wenn man niemanden im Bekanntenkreis hat der an einer Proteinfehlfaltung stirbt. So was ignorantes hier zu sagen…

      Auch wenn der Bekannte die Rettung nicht mehr erleben wird, vielleicht haben seine Kinder etwas davon, die mit geringer Chance ebenfalls betroffen sein können.

    • Günter Born sagt:

      Die Aussage bezieht sich schlicht auf die Möglichkeit, Proteinfaltungen vorauszuberechnen. Das ist eine der Herausforderungen der Biologie/Pharmazie – da musste früher langwierig im Labor experimentiert werden. Wenn jetzt 3D-Formen von Proteinen vorab bestimmt werden können, war schon einige Jahre mit mehr Rechenleistung möglich, wird das bestimmte Verständnisfragen schon gravierend beeinflussen und es können z.B. Medikamente oder Therapien gezielter entwickelt werden.

      Excel kann ich auch zur Buchhaltung von Drogen- oder Waffenlieferung missbrauchen. Dafür ist Excel per se nicht schlecht …

    • Ralf Lindemann sagt:

      „… wird die Biologie verändern“ heißt erst mal nichts anderes, als dass neue wissenschaftliche Methoden und neue wissenschaftliche Techniken neue wissenschaftliche Erkenntnisse möglich machen, die vorher nicht denkbar waren. – Neue Erkenntnisse verändern natürlich eine Wissenschaft, korrigieren oder differenzieren den bisherigen Wissensstand; das nennt man wissenschaftlichen Fortschritt. Das ist das Geschäft, das Wissenschaftler seit Jahrhunderten betreiben. – Wie nachhaltig neue wissenschaftliche Techniken eine Wissenschaft verändern können, dafür gibt es in der Biologie ein berühmtes historisches Beispiel: das ist die Erfindung des Mikroskops. Das Mikroskop hat das Wissen von der Biologie revolutioniert. Mit dem Mikroskop hat man auf einmal Dinge gesehen und verstanden, von denen Wissenschaftler vorher nicht mal einen verschwommenen Begriff hatten. So ähnlich ist es mit dem Einsatz von Künstlicher Intelligenz: Es ist ein wissenschaftliches Werkzeug, das möglich macht, Vorgänge zu verstehen, die man vorher nicht verstehen konnte. Die Proteinfaltung ist dafür ein schönes Beispiel. Solange Wissenschaftler entscheiden, wann und wie Künstliche Intelligenz eingesetzt wird, begleitet von einem kritischen wissenschaftlichen Diskurs, ist dagegen wenig zu sagen. Die Vorstellung, dass Google mit Deep Learning die Biologie kapern wird, halte ich für etwas plakativ. Das wird nicht passieren.

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