MutexaGPT: un instrument AI care transformă intuiția cercetătorilor în enzime optimizate
Un grup de chimisti a dezvoltat un instrument bazat pe inteligență artificială care permite cercetătorilor să descrie în limbaj natural modificările dorite pentru enzime, iar sistemul le transformă în propuneri concrete de proiectare. Instrumentul, numit MutexaGPT, vizează accelerarea „personalizării” enzimelor care catalizează numeroase reacții chimice esențiale în medicină, industria alimentară și reciclarea polimerilor.
Enzimele sunt proteine specializate care accelerează reacțiile chimice și sunt considerate catalizatorii naturii. Fiecare enzimă este formată din sute de aminoacizi, iar schimbarea unui singur aminoacid — o mutație — poate modifica substanțial funcția acesteia. Provocarea majoră rămâne însă prezicerea mutațiilor care alterează codul genetic fără a recurge la încercări repetate, costisitoare.
Potrivit cercetătorilor, MutexaGPT preia solicitări formulate în limbaj natural, bazate pe intuiția specialistului, folosește agenți bazați pe modele lingvistice mari pentru a obține informațiile lipsă, construiește modele fundamentate pe principii de fizică și chimie și convertește rezultatele în propuneri de proiectare aplicabile. Studiul a fost publicat în Nature Computational Science.
„Știu că există îngrijorări tot mai mari legate de înlocuirea oamenilor de către inteligența artificială și le împărtășesc”, a declarat Zhongyue (John) Yang, profesor asistent de chimie. „Cu MutexaGPT însă nu folosim AI pentru a face lucrurile mai eficient fără oameni. Arătăm că, cu ajutorul AI, intuiția umană — adesea imaginativă și remarcabilă — poate fi tradusă într-un plan funcțional.”
Instrumentul poate sprijini, printre altele, ingineria enzimelor active la temperaturi scăzute, utilă în procese precum producția de lapte fără lactoză și conservarea alimentelor care trebuie să își păstreze nutrienții sensibili la căldură. O altă aplicație practică vizează detergenții de rufe care descompun pete complexe fără apă fierbinte. De asemenea, proiectarea unor enzime cu eficiență catalitică și selectivitate superioară poate face fabricarea medicamentelor mai sustenabilă, prin reducerea consumului de energie, a deșeurilor chimice și a dependenței de condiții de reacție severe.
Numele instrumentului derivă de la „Alexa for Mutant”, potrivit echipei. „Numele reflectă viziunea noastră inițială de a crea un asistent inteligent, asemănător Amazon Alexa, pentru proiectarea mutanților enzimatici”, a explicat Yang. „Așa cum Alexa îi ajută pe oameni să îndeplinească sarcini cotidiene prin conversații în limbaj natural, MutexaGPT își propune să îi ajute pe oamenii de știință să navigheze în lumea complexă a mutațiilor enzimatice printr-o interfață intuitivă, conversațională.”
Sufixul „GPT” marchează integrarea modelelor lingvistice mari, care le permit cercetătorilor să comunice cu sistemul în limbaj natural și să conecteze întrebările lor la instrumente computaționale avansate pentru ingineria enzimelor.
Yang a studiat chimia la Universitatea Nankai din China, și-a obținut doctoratul la UCLA începând din 2013 și a fost bursier postdoctoral la MIT înainte de a se alătura facultății în 2020. De atunci lucrează la dezvoltarea Mutexa și la experimente privind eficacitatea acestuia.
„Cercetătorii care lucrează la ingineria și proiectarea enzimelor își dezvoltă adesea propria intuiție despre modul în care funcționează lucrurile”, a spus Yang. „Pot avea principiul, dar s-ar putea să nu știe cum să îl cuantifice. Noi putem traduce aceste principii în proiecte reale cu MutexaGPT.” El s-a declarat entuziasmat de perspectiva în care oamenii de știință vor putea proiecta enzime pentru aplicații specifice la fel de ușor precum consultă un asistent AI, accelerând inovațiile în medicină, producția sustenabilă și produsele de consum cotidian.
