ذكاء اصطناعي يصمم مقصات جزيئية نشطة تقطع بروتينات مستهدفة
في إنجاز يوسّع حدود تصميم الإنزيمات من الصفر، نجح فريق بحثي بقيادة ديفيد بيكر في جامعة واشنطن في استخدام الذكاء الاصطناعي لتصميم مقصات جزيئية من إنزيمات محللة للبروتين، قادرة على التعرّف على تسلسلات بروتينية مستهدفة وقطعها بدقة. ووفق دراستين نُشرتا في مجلة نيتشر عام ٢٠٢٦، جمع الباحثون أدوات متقدمة لإنتاج بروتينات جديدة تؤدي وظيفة إنزيمية، وهو تحدٍّ يتجاوز توليد أشكال ثابتة، لأن الإنزيم المصمم يجب أن يجمع بين دقة التعرّف على الهدف وفاعلية القطع. اعتمد الفريق على سلسلة تصميم رقمية متعددة المراحل، استُخدمت فيها أدوات انتشارية لتوليد الأشكال ثلاثية الأبعاد والهيكل الأساسي، ثم برامج متخصصة لاختيار التسلسلات الأمينية التي تربط الإنزيم بالمستهدف وتحسّن توافقه. وبعد عشرات المحاولات لتصاميم إنزيمات السيستين والزنك، جرى فحص النماذج الرقمية عبر أدوات تنبؤ بالبنية ومحاكاة الديناميكا الجزيئية. وللتحقق عمليًا، أنتجت بكتيريا سلاسل طويلة تصل الإنزيم المرشح بتسلسل المستهدف وعلامة فلورية، واعتبر التصميم ناجحًا إذا قطع الهدف وأطلق العلامة. اختُبر ٦٩ تصميمًا من إنزيمات السيستين، فنجح ١٣ منها، بينما حققت ٣٦ في المئة من ١٣٥ تصميمًا من إنزيمات الزنك أداءً فعالًا. ثم استخدم الفريق الذكاء الاصطناعي لتحسين النماذج الواعدة، فارتفعت سرعة القطع في أفضل تصميم للزنك ثلاثين ضعفًا، وصُمم إنزيم سيستين قطع هدفه في الموقع المقصود. وتدل النتائج على أن تصميم الإنزيمات من الصفر تقدّم إلى ما يتجاوز التفاعلات النموذجية على ركائز مفعّلة. وتجاوزت الدراسة التحقق المفاهيمي إلى مؤشرات تطبيقية محتملة. فأحد الإنزيمات المصممة قطع بروتين تي دي بي ٤٣ الكامل، المرتبط بتراكم غير طبيعي في التصلب الجانبي الضموري وبعض أشكال الخرف. كما قطعت نسخ مخصصة أجزاء من الأميلويد بيتا المرتبطة بألزهايمر، ومن الأميلويد المصلي المرتبط بتلف أعضاء شديد في حالات ترسب الأميلويد الجهازي. ولم تدخل هذه الإنزيمات تجارب سريرية بشرية بعد، لكن الباحثين يرون أن القدرة على تصميم محللات بروتينية انتقائية لمواقع محددة قد تفتح آفاقًا في الطب والتقنية الحيوية والكيمياء الصناعية.
