Heute haben zwei Labore separat Programme angekündigt, die Diffusionsmodelle verwenden, um Designs für neuartige Proteine mit größerer Präzision als je zuvor zu erstellen. Generate Biomedicines, ein in Boston ansässiges Startup, enthüllte ein Programm namens Chroma, das das Unternehmen als „DALL-E 2 der Biologie“ bezeichnet.
Gleichzeitig hat ein Team an der University of Washington unter der Leitung des Biologen David Baker ein ähnliches Programm namens RoseTTAFold Diffusion aufgebaut. In einem heute online veröffentlichten Preprint-Papier zeigen Baker und seine Kollegen, dass ihr Modell präzise Designs für neuartige Proteine generieren kann, die dann im Labor zum Leben erweckt werden können. „Wir erzeugen Proteine, die wirklich keine Ähnlichkeit mit bestehenden haben“, sagt Brian Trippe, einer der Mitentwickler von RoseTTAFold.
Diese Proteingeneratoren können so gesteuert werden, dass sie Designs für Proteine mit spezifischen Eigenschaften wie Form, Größe oder Funktion erstellen. Dies macht es praktisch möglich, neue Proteine zu entwickeln, um bestimmte Aufgaben nach Bedarf zu erledigen. Die Forscher hoffen, dass dies letztendlich zur Entwicklung neuer und wirksamerer Medikamente führen wird. „Wir können in wenigen Minuten herausfinden, was die Evolution in Millionen von Jahren gedauert hat“, sagt Gevorg Grigoryan, CEO von Generate Biomedicines.
„Das Bemerkenswerte an dieser Arbeit ist die Generierung von Proteinen gemäß den gewünschten Einschränkungen“, sagt Ava Amini, Biophysikerin bei Microsoft Research in Cambridge, Massachusetts.
BIOMEDIZIN ERZEUGEN
Proteine sind die Grundbausteine lebender Systeme. Bei Tieren verdauen sie Nahrung, kontrahieren Muskeln, erkennen Licht, treiben das Immunsystem an und vieles mehr. Wenn Menschen krank werden, spielen Proteine eine Rolle.
Proteine sind daher primäre Angriffspunkte für Medikamente. Und viele der neuesten Medikamente von heute basieren selbst auf Proteinen. „Die Natur verwendet Proteine für praktisch alles“, sagt Grigoryan. „Das Versprechen, das sich für therapeutische Interventionen bietet, ist wirklich immens.“
Doch Arzneimitteldesigner müssen derzeit auf eine Zutatenliste aus natürlichen Proteinen zurückgreifen. Das Ziel der Proteinerzeugung ist es, diese Liste mit einem nahezu unendlichen Pool von computerdesignten zu erweitern.
Computertechniken zum Design von Proteinen sind nicht neu. Frühere Ansätze waren jedoch langsam und nicht gut darin, große Proteine oder Proteinkomplexe zu entwerfen – molekulare Maschinen, die aus mehreren miteinander gekoppelten Proteinen bestehen. Und solche Proteine sind oft entscheidend für die Behandlung von Krankheiten.