Pandemiye hazırlıkta açık bilim: NVIDIA 2.800'den fazla virüsün protein yapılarını yayımladı

NVIDIA, Google DeepMind ve Avrupa Moleküler Biyoloji Laboratuvarı'nın Avrupa Biyoinformatik Enstitüsü'nün (EMBL-EBI) de aralarında bulunduğu bir araştırma koalisyonuyla birlikte 2.800'den fazla virüsün protein komplekslerine ait tahmini 3D yapılarını yayımladı. Veriler AlphaFold Database üzerinden her bilim insanına açık.

Yapılar, proteinlerin üç boyutlu biçimlere nasıl katlandığını tahmin eden Google DeepMind yapay zeka modeli AlphaFold2 ile hesaplandı; NVIDIA BioNeMo Inference Runtime ile optimize edilen süreç, ekibin binlerce viral proteoma ölçeklenmesini sağladı.

Protein yapısı neden önemli

Proteinlerin çoğu tek başına çalışmaz: birkaç molekülden oluşan kompleksler halinde bir araya gelirler ve aşılar ile ilaçlar genellikle bu biçimleri hedeflemek zorundadır. COVID-19'a yol açan virüsün üç boyutlu yapısının bilinmesi aşı tasarımının temeliydi; binlerce başka virüs için böyle bir yapı bilgisi bugün hâlâ yok.

Bir protein yapısını belirlemenin geleneksel yolu, proteini kristalleştirip X ışınlarına maruz bırakmaktır; bu yöntem yıllar sürebilir ve tek bir yapı binlerce dolara mal olur. NVIDIA grafik işlemcilerine göre uyarlanan AlphaFold2, bir yapıyı dakikalar içinde tahmin eder ve toplu halde çalışabilir; yüksek güvenilirlikli tahminler daha sonra deneysel olarak doğrulanabilir. Ekip, insanda enfeksiyon yapan virüs ailelerini sistematik olarak taradı: soğuk algınlığı virüslerinden Mpox gibi yeni tehditlere kadar.

Etkileşimlerin yaklaşık %30'u bilim için yeni

Veritabanına eklenen etkileşimlerin yaklaşık %30'u bilim için tamamen yeni: bu biçimler, deneysel olarak belirlenmiş protein yapılarının ana deposu olan Protein Data Bank'ta hiç belgelenmemişti. "Bu veritabanı bir hipotez üretme motoru", dedi NVIDIA'da uygulamalı araştırma ekibi lideri Chris Dallago.

Hazırlık şimdi başlamalı

Center for Global Development analizine göre 2050'ye kadar dünyanın COVID-19 kadar ağır bir pandemiyle karşılaşma olasılığı yaklaşık %50. "Amacımız bu bilgi birikiminin bir kısmını önceden depolamak", dedi Glasgow Üniversitesi virüs araştırma merkezinde moleküler viroloji profesörü Joe Grove.

Koalisyonda CEPI, Seul Ulusal Üniversitesi, Sungkyunkwan Üniversitesi, İsviçre Biyoinformatik Enstitüsü ve Glasgow Üniversitesi de yer alıyor. NVIDIA ayrıca veri kümesini oluşturmak için kullanılan GPU hızlandırmalı iş akışı BioNeMo Structure Prediction Pipeline'ı açıyor; böylece araştırmacılar kendi protein hedefleri için yapı tahmini yapabilecek.

AlphaFold Database artık 260 milyondan fazla protein ve protein kompleksi tahmini barındırıyor.