هوش مصنوعی Claude صدها هزار پروتئین برای مقابله با زهر عقرب طراحی کرد

مدل هوش مصنوعی Claude در اقدامی که می‌تواند ساخت پادزهر را بسیار سریع‌تر کند، تنها در ۶۴ ساعت بیش از ۳۱۸ هزار پروتئین جدید طراحی کرد. در آزمایش‌های واقعی، ۱۷ مورد از این پروتئین‌ها توانستند مثل یک قفل محکم به سم‌های خطرناک و فلج‌کننده عقرب بچسبند و آزمایش‌های سخت را با موفقیت پشت سر بگذارند.

این پژوهش با همکاری شرکت Citrini Research و دو آزمایشگاه Adaptyv Bio و Twist Bioscience انجام شده است. از میان تمام طرح‌های هوش مصنوعی، ۲۱۱ نمونه برای آزمایش واقعی انتخاب شدند که ۱۷ مورد از آنها موفق عمل کردند.

بهترین نمونه‌ها توانستند پیوندی بسیار محکم و دقیق در مقیاس مولکولی با زهر عقرب مکزیکی برقرار کنند. البته این دستاورد فعلاً اولین قدم برای ساخت پادزهر است و هنوز یک داروی آماده و قطعی به حساب نمی‌آید.

هر سال نیش عقرب دست‌کم ۱.۲ میلیون نفر را در جهان مصدوم می‌کند و باعث مرگ بیش از ۳۲۵۰ نفر می‌شود. بیشتر قربانیان، کودکانی در مناطق محروم هستند که به بیمارستان و درمان دسترسی ندارند.

امروزه برای ساخت پادزهر، زهر عقرب را به حیواناتی مثل اسب تزریق می‌کنند و سپس پادتن تولیدشده در خون آنها را می‌گیرند. این روش سنتی ماه‌ها زمان می‌برد و داروی نهایی هم فقط روی چند نوع سم محدود اثر دارد.

کمک هوش مصنوعی Claude به مهار سم عقرب شرکت آنتروپیک برای حل این مشکل، به سراغ یک نسخه تحقیقاتی از هوش مصنوعی Claude رفت تا پروتئین‌های کوچکی به نام «مینی‌بایندر» (Minibinders) طراحی کند؛ این پروتئین‌ها طوری ساخته می‌شوند که مثل یک قلاب دقیقاً به هدف مشخصی گیر کنند و مانع کار آن شوند. هدف این پروژه، خنثی کردن پنج نوع سم خطرناک سیستم عصبی از عقرب‌های مناطق مکزیک، برزیل، شمال آفریقا و خاورمیانه بود.

هوش مصنوعی Claude به‌طور کاملاً خودکار دست به کار شد و با کمک ۱۲ ابزار تخصصی، ۳۱۸٬۴۸۴ پروتئین مختلف طراحی کرد. سپس با شبیه‌سازی رایانه‌ای، بیش از ۵۵۳ هزار حالت برخورد این پروتئین‌ها با سم عقرب را بررسی کرد؛ محاسبات سنگینی که معادل ۱۰ هزار ساعت کارکرد پردازنده‌های گرافیکی زمان برد.

در ادامه، Claude با گرفتن تنها یک دستور اولیه و چهار راهنمایی از طرف پژوهشگران، ۱۸۰ طرح برتر را جدا کرد و دانشمندان هم با مشورت خود هوش مصنوعی، ۳۱ طرح دیگر به آن اضافه کردند. برخی از این ۲۱۱ پروتئین فقط برای از کار انداختن یک نوع سم و برخی دیگر برای مهار هم‌زمان چند سم مختلف طراحی شده بودند.

در مرحله بعد، دو آزمایشگاه مذکور این پروتئین‌ها را به روش‌های مجزا در محیط واقعی تولید کردند. هر دو آزمایشگاه با دستگاهی موسوم به Surface Plasmon Resonance که نشان می‌دهد مولکول‌ها چقدر محکم به هم می‌چسبند و چقدر طول می‌کشد تا از هم جدا شوند، کیفیت پروتئین‌ها را اندازه‌گیری کردند.

برای قبولی هر پروتئین سه شرط تعیین شده بود: در هر دو آزمایشگاه نتیجه یکسانی بدهد، با قدرت بالا به سم عقرب بچسبد و به پروتئین‌های سالم بدن انسان هیچ کاری نداشته باشد تا باعث عوارض جانبی نشود. سرانجام ۱۷ پروتئین از این فیلترهای سخت عبور کردند: هفت مورد در برابر سم عقرب مکزیکی (Cn2)، چهار مورد علیه سم AaH I، چهار مورد علیه سم AaH II و دو مورد در برابر سم LqhIII.

هیچ‌کدام از پروتئین‌هایی که قرار بود چند سم را با هم مهار کنند، در آزمون‌ها قبول نشدند؛ اما از میان ۶۰ پروتئینی که فقط برای یک سم خاص طراحی شده بودند، ۱۱ مورد موفق عمل کردند که آمار موفقیت خوب ۱۸ درصدی را نشان می‌دهد. در این میان، دو پروتئین به نام‌های Cn2-B1 و Cn2-B2 عملکرد فوق‌العاده‌ای داشتند.

آزمایش‌ها نشان داد این دو پروتئین دقیقاً به همان نقطه‌ای از سم می‌چسبند که پیش از این، پادتن‌های آزمایش‌شده روی موش‌ها با چسبیدن به آن توانسته بودند سم را کاملاً خنثی کنند. با وجود این موفقیت بزرگ، آزمایش‌ها فعلاً روی سم‌های ساخته‌شده در آزمایشگاه انجام شده، نه زهر طبیعی که مستقیماً از عقرب گرفته شده باشد.

همچنین هنوز مشخص نیست که آیا این پروتئین‌ها می‌توانند داخل سلول‌های زنده جلوی فعالیت سم را بگیرند و جان حیوانات را نجات دهند یا خیر. برای اینکه بتوان از این روش به عنوان دارو برای انسان استفاده کرد، باید آزمایش‌های زیادی درباره ایمنی، ماندگاری و اثرگذاری واقعی آن انجام شود.

شرکت آنتروپیک تمام ۲۱۱ طرح، ساختارها و نتایج آزمایشگاهی را در یک گزارش فنی به شکل رایگان منتشر کرده است تا دیگر دانشمندان جهان هم بتوانند از آنها برای ساخت پادزهر استفاده کنند.