செயற்கை நுண்ணறிவு மூலம் மரபணு வடிவமைப்பில் மேம்பாடு

செயற்கை நுண்ணறிவின் வடிவமைப்புத் திறமைகள் மற்றும் மரபணு எடிட்டிங்கின் பொறியியல் திறன்கள் மூலம், விஞ்ஞானிகள் பாக்டீரியாவை மாற்றியமைத்து புதிய புரதங்களை உற்பத்தி செய்ய முடியும். அவை பசுமை இல்ல வாயுக்களை குறைக்கலாம், பிளாஸ்டிக்கை ஜீரணிக்கலாம் அல்லது இனங்கள் சார்ந்த பூச்சிக்கொல்லிகளாக செயல்படலாம்.

கடந்த 2018 ஆம் ஆண்டு பிரான்சிஸ் அர்னால்ட் என்பவரின் வேதியியல் நோபல் பரிசு விரிவுரையின் போது, ​​, "இன்று அனைத்து நடைமுறை நோக்கங்களுக்காகவும் டிஎன்ஏவின் எந்த வரிசையையும் படிக்கவும், எழுதவும் மற்றும் திருத்தவும் முடியும். ஆனால் எங்களால் அதை உருவாக்க முடியாது என்று கூறினார்.

அது இனி உண்மையல்ல. அன்றிலிருந்து அறிவியலும் தொழில்நுட்பமும் மிகவும் முன்னேறியுள்ளன.செயற்கை நுண்ணறிவு டிஎன்ஏவை உருவாக்கக் கற்றுக்கொண்டுள்ளது. மேலும் மரபணு மாற்றப்பட்ட பாக்டீரியாவுடன், விஞ்ஞானிகள் பெஸ்போக் புரதங்களை வடிவமைத்து தயாரிப்பதில் ஈடுபட்டுள்ளனர்.

செயற்கை நுண்ணறிவின் வடிவமைப்புத் திறமைகள் மற்றும் மரபணு எடிட்டிங் இன் பொறியியல் திறன்கள் மூலம், விஞ்ஞானிகள் பாக்டீரியாவை மாற்றியமைத்து புதிய புரதங்களை உற்பத்தி செய்ய முடியும். அவை பசுமை இல்ல வாயுக்களை குறைக்கலாம், பிளாஸ்டிக்கை ஜீரணிக்கலாம் அல்லது இனங்கள் சார்ந்த பூச்சிக்கொல்லிகளாக செயல்படலாம்.

அனைத்து உயிரினங்களிலும் மரபணு பொருட்கள் உள்ளன. டிஎன்ஏ மற்றும் ஆர்என்ஏ - அவை தங்களை நகலெடுத்து புரதங்களை உருவாக்க தேவையான பரம்பரை தகவல்களை வழங்குகின்றன. புரதங்கள் மனித உலர் எடையில் 75 சதவீதம் ஆகும். அவை தசைகள், நொதிகள், ஹார்மோன்கள், இரத்தம், முடி மற்றும் குருத்தெலும்புகளை உருவாக்குகின்றன. புரதங்களைப் புரிந்துகொள்வது என்பது உயிரியலைப் புரிந்துகொள்வதைக் குறிக்கிறது. டிஎன்ஏவில் உள்ள நியூக்ளியோடைடு தளங்களின் வரிசை, அல்லது சில வைரஸ்களில் ஆர்என்ஏ, இந்தத் தகவலை குறியாக்குகிறது. மேலும் மரபணு வரிசைமுறை தொழில்நுட்பங்கள் இந்த தளங்களின் வரிசையை அடையாளம் காணும்.

மனித ஜீனோம் திட்டம் 1990 முதல் 2003 வரை முழு மனித மரபணுவையும் வரிசைப்படுத்திய ஒரு சர்வதேச முயற்சியாகும். விரைவாக மேம்படுத்தப்பட்ட தொழில்நுட்பங்களுக்கு நன்றி, மரபணுவின் முதல் 1 சதவீதத்தை வரிசைப்படுத்த ஏழு ஆண்டுகள் மற்றும் மீதமுள்ள 99 சதவீதத்திற்கு ஏழு ஆண்டுகள் ஆனது. 2003 வாக்கில், விஞ்ஞானிகள் மனித மரபணுவில் உள்ள 20,000 முதல் 25,000 மரபணுக்களுக்கு 3 பில்லியன் நியூக்ளியோடைடு அடிப்படை ஜோடிகளின் முழுமையான வரிசையைக் கொண்டிருந்தனர்.

இருப்பினும், பெரும்பாலான புரதங்களின் செயல்பாடுகளைப் புரிந்துகொள்வது மற்றும் அவற்றின் செயலிழப்புகளை சரிசெய்வது ஒரு சவாலாகவே இருந்தது.

ஒவ்வொரு புரதத்தின் வடிவமும் அதன் செயல்பாட்டிற்கு முக்கியமானது மற்றும் அதன் அமினோ அமிலங்களின் வரிசையால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது. இது மரபணுவின் நியூக்ளியோடைடு வரிசையால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது. தவறாக மடிக்கப்பட்ட புரதங்கள் தவறான வடிவத்தைக் கொண்டுள்ளன. மேலும் அவை நரம்பியக்கடத்தல் நோய்கள், சிஸ்டிக் ஃபைப்ரோஸிஸ் மற்றும் வகை 2 நீரிழிவு போன்ற நோய்களை ஏற்படுத்தும். இந்த நோய்களைப் புரிந்துகொள்வதற்கும் சிகிச்சையை வளர்ப்பதற்கும் புரத வடிவங்களைப் பற்றிய அறிவு தேவை.

2016 க்கு முன், ஒரு புரதத்தின் வடிவத்தை தீர்மானிக்க ஒரே வழி எக்ஸ்-ரே படிகவியல் மூலம் மட்டுமே இருந்தது, இது ஒரு மூலக்கூறில் உள்ள அணுக்கள் மற்றும் மூலக்கூறுகளின் துல்லியமான ஏற்பாட்டைத் தீர்மானிக்க ஒற்றை படிகங்களால் எக்ஸ்-கதிர்களின் மாறுபாட்டைப் பயன்படுத்தும் ஒரு ஆய்வக நுட்பமாகும். அந்த நேரத்தில், சுமார் 200,000 புரதங்களின் அமைப்பு படிகவியல் மூலம் தீர்மானிக்கப்பட்டது.

ஆல்பாஃபோல்ட், ஒரு இயந்திர கற்றல் திட்டம், இந்த படிக கட்டமைப்புகளை அவற்றின் நியூக்ளியோடைடு வரிசைகளில் இருந்து புரதங்களின் வடிவத்தை தீர்மானிக்க ஒரு பயிற்சி தொகுப்பாக பயன்படுத்தியது. ஒரு வருடத்திற்குள், நிரல் வரிசைப்படுத்தப்பட்டு வெளியிடப்பட்ட அனைத்து 214 மில்லியன் மரபணுக்களின் புரதக் கட்டமைப்புகளைக் கணக்கிட்டது. ஆல்பாஃபோல்ட் தீர்மானிக்கப்பட்ட புரத கட்டமைப்புகள் அனைத்தும் இலவசமாகக் கிடைக்கும் தரவுத்தளத்தில் வெளியிடப்பட்டுள்ளன.

தொற்றாத நோய்களைத் திறம்பட நிவர்த்தி செய்வதற்கும், புதிய மருந்துகளை வடிவமைக்கவும், விஞ்ஞானிகளுக்கு புரதங்கள், குறிப்பாக நொதிகள், சிறிய மூலக்கூறுகளை எவ்வாறு பிணைக்கிறது என்பது பற்றிய விரிவான அறிவு தேவை. என்சைம்கள் புரத வினையூக்கிகள் ஆகும், அவை உயிர்வேதியியல் எதிர்வினைகளை செயல்படுத்துகின்றன மற்றும் கட்டுப்படுத்துகின்றன.

ஆல்பாஃபோல்ட்3, கடந்த மே 8 அன்று வெளியிடப்பட்டது. புரத வடிவங்கள் மற்றும் சிறிய மூலக்கூறுகள் இந்த புரதங்களுடன் பிணைக்கக்கூடிய இடங்களைக் கணிக்க முடியும். பகுத்தறிவு மருந்து வடிவமைப்பில், மருந்துகள் சிகிச்சை அளிக்கப்படும் நோய் தொடர்பான பாதையில் சம்பந்தப்பட்ட புரதங்களை பிணைக்க வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன. சிறிய மூலக்கூறு மருந்துகள் புரத பிணைப்பு தளத்துடன் பிணைக்கப்பட்டு அதன் செயல்பாட்டை மாற்றியமைத்து, அதன் மூலம் நோய் பாதையை பாதிக்கிறது. புரத பிணைப்பு தளங்களை கணிப்பதன் மூலம், ஆல்பாஃபோல்ட்3 ஆராய்ச்சியாளர்களின் மருந்து மேம்பாட்டு திறன்களை மேம்படுத்தும்.

AI + CRISPR = புதிய புரதங்களை உருவாக்குதல்

2015 ஆம் ஆண்டில், CRISPR தொழில்நுட்பத்தின் வளர்ச்சி மரபணு எடிட்டிங்கில் புரட்சியை ஏற்படுத்தியது. CRISPR ஆனது ஒரு மரபணுவின் ஒரு குறிப்பிட்ட பகுதியைக் கண்டறிய, அதை மாற்ற அல்லது நீக்க, செல் அதன் மரபணு உற்பத்தியை அதிகமாகவோ அல்லது குறைவாகவோ வெளிப்படுத்த அல்லது அதன் இடத்தில் முற்றிலும் அந்நிய மரபணுவைச் சேர்க்க பயன்படுத்தப்படலாம்.

2020 ஆம் ஆண்டில், ஜெனிபர் டவுட்னா மற்றும் இம்மானுவேல் சார்பென்டியர் ஆகியோர் வேதியியலுக்கான நோபல் பரிசை "மரபணு எடிட்டிங்கிற்கான ஒரு முறையை (CRISPR) மேம்படுத்தியதற்காக" பெற்றனர். CRISPR உடன், மரபணு திருத்தம், ஒரு காலத்தில் பல வருடங்கள் எடுத்து, குறிப்பிட்ட இனங்கள், விலையுயர்ந்த மற்றும் உழைப்பு, இப்போது நாட்களில் மற்றும் செலவின் ஒரு பகுதிக்கு செய்யப்படலாம்.

ஏஐ மற்றும் மரபணு பொறியியல் வேகமாக முன்னேறி வருகின்றன. ஒரு காலத்தில் சிக்கலான மற்றும் விலை உயர்ந்தது இப்போது வாடிக்கையாகிவிட்டது. முன்னோக்கிப் பார்க்கையில், இயந்திர கற்றல் மற்றும் CRISPR-மாற்றியமைக்கப்பட்ட பாக்டீரியாக்களின் கலவையால் வடிவமைக்கப்பட்ட மற்றும் உற்பத்தி செய்யப்படும் பெஸ்போக் புரதங்களின் கனவு. AI புரதங்களை வடிவமைக்கும், மேலும் CRISPR ஐப் பயன்படுத்தி மாற்றப்பட்ட பாக்டீரியாக்கள் புரதங்களை உருவாக்கும். இந்த வழியில் உற்பத்தி செய்யப்படும் என்சைம்கள் கரிம மூலப்பொருட்களை வெளியேற்றும் போது கார்பன் டை ஆக்சைடு மற்றும் மீத்தேன் ஆகியவற்றை சுவாசிக்கலாம் அல்லது கான்கிரீட்டிற்கு மாற்றாக பிளாஸ்டிக்கை உடைக்கலாம்.

மரபணு மாற்றப்பட்ட உயிரினங்கள் ஏற்கனவே அமெரிக்கப் பொருளாதாரத்தில் விவசாயம் மற்றும் மருந்துப் பொருட்களில் 2 சதவீதத்தைக் கொண்டுள்ளதால், இந்த லட்சியங்கள் நம்பத்தகாதவை அல்ல என்று நான் நம்புகிறேன்.

வெவ்வேறு ஏஐ அமைப்புகளால் வடிவமைக்கப்பட்ட இரண்டு குழுக்கள் புதிதாக செயல்படும் என்சைம்களை உருவாக்கியுள்ளன. வாஷிங்டன் பல்கலைக்கழகத்தில் உள்ள புரத வடிவமைப்பிற்கான டேவிட் பேக்கரின் நிறுவனம் ஒரு புதிய ஆழமான கற்றல் அடிப்படையிலான புரத வடிவமைப்பு உத்தியை உருவாக்கியது, இது "குடும்ப அளவிலான மாயத்தோற்றம்" என்று பெயரிடப்பட்டது, இது அவர்கள் ஒரு தனித்துவமான ஒளி-உமிழும் நொதியை உருவாக்கப் பயன்படுத்தியது. இதற்கிடையில், பயோடெக் ஸ்டார்ட்அப் Profluent, புதிய செயல்பாட்டு ஜீனோம் எடிட்டர்களை வடிவமைக்க அனைத்து CRISPR-Cas அறிவின் கூட்டுத்தொகையிலிருந்து பயிற்சி பெற்ற AI ஐப் பயன்படுத்தியுள்ளது.

ஏஐ ஆனது புதிய CRISPR சிஸ்டம்கள் மற்றும் பயோலுமினசென்ட் என்சைம்களை உருவாக்க கற்றுக் கொள்ள முடிந்தால், பூமியில் இதுவரை கண்டிராத, CRISPR ஐ AI உடன் இணைப்பதன் மூலம் மற்ற புதிய பெஸ்போக் என்சைம்களை வடிவமைக்க முடியும் என்ற நம்பிக்கை உள்ளது. CRISPR-AI இன்னும் ஆரம்ப நிலையில் உள்ளது என்றாலும், அது முதிர்ச்சியடைந்தவுடன் அது மிகவும் நன்மை பயக்கும் மற்றும் காலநிலை மாற்றத்தைச் சமாளிக்க உலகிற்கு உதவக்கூடும்.

எவ்வாறாயினும், ஒரு தொழில்நுட்பம் எவ்வளவு சக்தி வாய்ந்ததாக இருக்கிறதோ, அவ்வளவு அதிக ஆபத்துகளை அது ஏற்படுத்தும் என்பதை நினைவில் கொள்வது அவசியம். மேலும், இயற்கை அமைப்புகளின் சிக்கலான தன்மை மற்றும் ஒன்றோடொன்று இணைந்திருப்பதன் காரணமாக மனிதர்கள் பொறியியல் இயற்கையில் மிகவும் வெற்றிபெறவில்லை. இது பெரும்பாலும் எதிர்பாராத விளைவுகளுக்கு வழிவகுக்கிறது.