Google DeepMind znakuje białka zaprojektowane przez AI. SynthID Bio nie psuje ich działania

Google DeepMind pokazał 30 września SynthID Bio, czyli znak wodny dla białek zaprojektowanych przez AI. Znak siedzi w samym zapisie białka i według badaczy da się go sprawdzić także w białku wyprodukowanym w laboratorium, a nie tylko w pliku na komputerze. Testy laboratoryjne pokazały, że oznakowane białka działają tak samo jak nieoznakowane. Opis jest na blogu Google DeepMind, a pracę o metodzie opublikował „Nature”.

Po co znakować białka

Modele AI projektują dziś nowe białka, na przykład takie, które mają się przyczepić do konkretnej cząsteczki w organizmie. Żeby taki projekt stał się prawdziwą cząsteczką, naukowiec zamawia DNA w firmie, która je syntetyzuje. Te firmy sprawdzają zamówienia w bazach znanych zagrożeń. Dawniej nieznana sekwencja mogła oznaczać po prostu nieodkryty naturalny organizm. AI potrafi jednak tworzyć sekwencje, które nie przypominają niczego znanego, więc ta wskazówka przestała działać, a ręczne sprawdzanie spowalnia badania.

Znak wodny daje firmie od syntezy DNA prosty sygnał: projekt pochodzi z modelu, który ma wbudowane zabezpieczenia. DeepMind widzi też drugie zastosowanie. Znak pomoże oznaczać dane z AI w publicznych bazach białek i genów, takich jak Protein Data Bank czy GenBank, żeby sztuczne wpisy nie udawały naturalnych.

Jak to działa

Białko to łańcuch aminokwasów. SynthID Bio przy projektowaniu delikatnie wpływa na wybór aminokwasów, a przy przewidywaniu kształtu przesuwa nieznacznie współrzędne atomów. W obu przypadkach powstaje wzór, który da się wykryć. W AlphaFold 3 badacze dostroili małą część modelu, więc każda przewidziana struktura ma znak niezależnie od tego, kto uruchamia model. Według DeepMind dokładność przewidywań się nie pogorszyła.

Najważniejszy jest test w laboratorium. Zespół zaprojektował oznakowane białka, które mają się wiązać z trzema celami:

Cel	Czym jest
VEGF-A	białko związane z tworzeniem naczyń krwionośnych
RBD białka kolca SARS-CoV-2	fragment, którym koronawirus łączy się z komórką
PD-L1	białko ważne w leczeniu nowotworów

Oznakowane projekty miały taki sam odsetek trafień, siłę wiązania i różnorodność sekwencji jak wersje bez znaku. DeepMind nazywa je pierwszymi oznakowanymi i działającymi biologicznie białkami wiążącymi. Opisy celów w tabeli to nasze objaśnienie, nie część komunikatu.

Co dalej i czego jeszcze nie wiadomo

DeepMind sam wskazuje główną słabość: znak trzeba uodpornić na celowe usuwanie. Znak w strukturach z AlphaFold 3 wytrzymuje na razie drobne zakłócenia i niewielkie zmiany współrzędnych. DeepMind podkreśla też, że żadne pojedyncze zabezpieczenie nie wystarczy. Znak ma być jedną z warstw obrony, obok zabezpieczeń w samych modelach i sprawdzania klientów.

Prace idą dalej. Z laboratorium Hie ze Stanford University i Arc Institute badacze oznakowali genom bakteriofaga, czyli wirusa atakującego bakterie, zaprojektowanego modelem Evo 2. Wstępne testy na hodowlach bakterii pokazały, że oznakowane bakteriofagi działają. Szczegóły mają być w osobnej publikacji.

Jeśli zajmujesz się biologią obliczeniową, możesz to sprawdzić sam. DeepMind udostępnia kod, dane z testów laboratoryjnych i wagi modelu społeczności naukowej. O innych pracach DeepMind z białkami pisaliśmy przy AlphaFold i białkach ponad 2800 wirusów, a o projektowaniu enzymów z pomocą AI przy odkryciu Claude'a podobnym do CRISPR. Firmy i instytucje, które chcą współpracować przy SynthID Bio, DeepMind prosi o kontakt pod adresem synthidbio@google.com.