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L’IA e la biologia sintetica alla ricerca di nuove proteine

L’ingegneria delle proteine è stata rivoluzionata dai progressi dell’intelligenza artificiale e nuove aziende stanno emergendo per capitalizzare il potenziale del design delle proteine assistito dall’AI. Con 9 milioni di dollari di finanziamento seminale, Profluent è una di queste startup che mira ad applicare il machine learning per progettare nuove proteine funzionali. Generate Biomedicines e Arzeda sono altre due aziende che hanno attratto notevoli investimenti nel campo, concentrando l’attenzione sulla progettazione di proteine e sulla riprogettazione di proteine esistenti per svolgere nuovi compiti o migliorare proprietà specifiche.

Gli algoritmi dell’AI hanno già dimostrato la loro capacità di prevedere le strutture reali delle proteine, come AlphaFold 2 di DeepMind. Questo strumento è ora utilizzato da molti biologi strutturali, e altre aziende stanno esplorando il potenziale dell’AI per generare proteine ​​su misura con funzioni non presenti in natura. Lo sviluppo di proteine ​​de novo partendo da zero è ancora in fase iniziale, ma si sta facendo progresso con tecniche di deep learning e modelli generativi. Il campo del design delle proteine ​​ha le sue radici alla fine degli anni ’90, con lo sviluppo di Rosetta, un pacchetto software per la previsione e la manipolazione delle strutture proteiche. Oggi, gli scienziati stanno costruendo su questa base con strumenti alimentati dai rapidi progressi negli algoritmi di machine learning. Alcune delle tecniche di deep learning più interessanti per il design delle proteine ​​coinvolgono modelli generativi che possono creare proteine ​​totalmente nuove. Gli algoritmi di modellizzazione del linguaggio vengono anche utilizzati per comprendere la sequenza e la struttura delle proteine, con risultati promettenti.

Il campo del design delle proteine, come rivela Nature, ​​è stato potenziato dalla disponibilità di una grande quantità di dati strutturali catturati dai biologi, con il Protein Data Bank che contiene più di 200.000 strutture risolte sperimentalmente. Inoltre, nuove aziende come Basecamp Research stanno costruendo repository ultra-diversi di informazioni biologiche ottenute da campioni raccolti in biomi in 17 paesi, che possono aiutare a generare nuove proteine ​​con relazioni funzionali tra proteine ​​e percorsi diversi. Gli investitori nel settore del design delle proteine ​​sottolineano l’importanza della convalida biologica, che dipende dalla stretta collaborazione tra gli esperti di algoritmi e i praticanti esperti di laboratorio.

Mentre le aziende sono ancora concentrate sulla regolazione della funzione delle proteine ​​piuttosto che sulla ristrutturazione, il campo sta evolvendo rapidamente, con il potenziale per la generazione di proteine de novo ottimizzate per soddisfare molte richieste degli scienziati. Nonostante le sfide, molti credono che il campo sia vicino ad un punto di svolta e che l’uso combinato di tecniche di intelligenza artificiale e biologia sintetica potrebbe rivoluzionare il modo in cui vengono prodotti farmaci, enzimi e altri prodotti chimici di interesse industriale. La capacità di progettare proteine personalizzate con funzioni specifiche, o addirittura di creare proteine totalmente nuove, potrebbe aprire nuovi orizzonti terapeutici e produttivi.

Tuttavia, nonostante gli importanti progressi finora compiuti, ci sono ancora molte sfide da affrontare prima che la progettazione di proteine a computo possa diventare una realtà pienamente matura. Ad esempio, la produzione di proteine progettate al computer a livello industriale richiederà una tecnologia di sintesi delle proteine ​​più efficiente e conveniente di quella attualmente disponibile. Inoltre, ci sono ancora molte incognite sulla stabilità e la sicurezza a lungo termine di proteine sintetiche. Nonostante ciò, la comunità scientifica sembra essere molto ottimista riguardo alle prospettive future. Grazie alla combinazione di tecnologie avanzate, come la bioinformatica e la biologia sintetica, è possibile immaginare un futuro in cui l’ingegneria delle proteine ​​potrebbe essere usata per risolvere molti problemi biomedici e industriali. La progettazione di proteine ​​a computo, in particolare, potrebbe rivelarsi un’arma potente contro molte malattie e condizioni attualmente incurabili, aprendo nuovi orizzonti di ricerca e di cura per i pazienti.

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