Intelligenza artificiale sintetizza nuove proteine mai viste, simulando 500 milioni di anni di evoluzione

Nuovo modello di intelligenza artificiale sintetizza proteine mai viste prima: una rivoluzione per la biotecnologia e la medicina

La sintesi di nuove proteine – i mattoni fondamentali della vita biologica – è un campo scientifico dal potenziale immenso. Un nuovo modello di intelligenza artificiale, appena sviluppato, promette di creare istruzioni per la produzione di proteine completamente nuove, ben oltre quelle già presenti in natura.

Un gruppo di scienziati statunitensi ha utilizzato l’EvolutionaryScale Model 3 (ESM3) per sintetizzare una nuova proteina chiamata esmGFP (proteina fluorescente verde), che condivide solo il 58% del materiale con la sua parente naturale più vicina, la tagRFP.

Questo risultato equivale, secondo i ricercatori, a elaborare 500 milioni di anni di evoluzione grazie all’intelligenza artificiale, aprendo la strada alla creazione di proteine su misura per applicazioni specifiche o per sbloccare nuove funzioni da quelle già esistenti.

ESM3 e il potenziale della sintesi proteica personalizzata

Il team di ricerca, guidato da Thomas Hayes, fondatore di EvolutionaryScale a New York, ha dimostrato che il modello ESM3, addestrato su un’enorme quantità di dati evolutivi, può generare proteine funzionali che si allontanano notevolmente da quelle conosciute.

ESM3 è stato addestrato su 3,15 miliardi di sequenze proteiche (l’ordine degli aminoacidi in una proteina), 236 milioni di strutture proteiche (le loro forme 3D) e 539 milioni di annotazioni proteiche (etichette descrittive).

Analizzando questi vasti set di dati, il modello di intelligenza artificiale è in grado di comprendere cosa funziona e cosa no nella costruzione e nel funzionamento delle proteine, proprio come ChatGPT è in grado di comporre una nuova poesia che fa rima dopo aver letto milioni di poesie scritte dagli esseri umani.

Il risultato ottenuto, la esmGFP, si distingue per la sua funzionalità: è fluorescente proprio come la tagRFP. Le proteine fluorescenti sono responsabili del bagliore di alcuni organismi marini e la loro applicazione come marcatori ha una grande importanza in medicina e biotecnologia.

Il futuro delle proteine sintetiche: dalle terapie ai biomateriali

Secondo i ricercatori, l’intelligenza artificiale elimina gran parte dei tentativi ed errori nella sintesi proteica, aggiungendo la capacità di esplorare spazi lontani dalle proteine che conosciamo attualmente.

“Le proteine possono essere considerate come esistenti all’interno di uno spazio organizzato, dove ogni proteina è vicina a tutte le altre che sono a una sola mutazione di distanza”, spiegano.

La struttura dell’evoluzione appare come una rete all’interno di questo spazio, collegando tutte le proteine attraverso i percorsi che l’evoluzione potrebbe seguire tra di esse.

Anche se le proteine progettate tramite ESM3 devono ancora essere validate, sintetizzate e testate, il team è fiducioso di fare ulteriori progressi in questo campo. In un futuro non troppo lontano, potrebbe essere possibile produrre proteine per scopi che vanno dai farmaci ai biomateriali, semplicemente con l’ausilio di un’intelligente IA.

Secondo i ricercatori, i modelli linguistici delle proteine non lavorano esplicitamente all’interno dei vincoli fisici dell’evoluzione, ma sono in grado di costruire implicitamente un modello delle moltitudini di potenziali percorsi che l’evoluzione avrebbe potuto seguire.

Questa ricerca, pubblicata su Science, rappresenta un passo fondamentale verso la creazione di proteine personalizzate che potrebbero rivoluzionare la medicina, la biotecnologia e altri settori industriali, aprendo nuove possibilità per la creazione di soluzioni innovative e su misura per le necessità dell’uomo.