Revolutionäre Proteine: Wie künstliche Intelligenz die Zukunft der Biotechnologie gestaltet

Künstlich designte Proteine öffnen eine Welt der Möglichkeiten in der Medizin und Biotechnologie

Proteine sind wie Lichter in deinem Haus. Sie haben eine Aufgabe zu erfüllen, die sie durch das Ein- und Ausschalten mit anderen Proteinen oder Molekülen erreichen. Aber es ist viel einfacher, den Schalter an einem Licht umzulegen. Im Körper haben Milliarden Jahre Evolution ein komplexes Netzwerk molekularer Signale geschaffen, die als biologische Schalter für Proteine dienen. Mit Hilfe von KI wurden Proteine entwickelt, die sich zuverlässig in Gegenwart eines molekularen Schalters – genannt ‚Effektor‘ – umwandeln. Diese Designer-Proteine, die in der Natur unbekannt sind, enthalten Scharniere, die es ihnen ermöglichen, sich zu biegen und in verschiedene Strukturen zusammenzusetzen, wenn sie mit einem Effektor dosiert werden, und sich dann in einzelne Komponenten zu zerlegen, wenn der Effektor verschwindet.

Es handelt sich um einen ‚bahnbrechenden Fortschritt für das Feld‘, schrieb Dr. A. Joshua Wand von der Texas A&M University, der nicht an der Arbeit beteiligt war. Das Team entwarf Proteine, die sich in zahlreiche dynamische Anordnungen verwandeln können, wie Ringe oder Käfige, die lose das Verhalten ihrer biologischen Kollegen nachahmen – zum Beispiel wie das Blutprotein Hämoglobin sich zur Sauerstoffaufnahme zusammenfügt.

Schaltbare Proteine eröffnen eine Welt voller Möglichkeiten. Käfigartige Proteine könnten Medikamente durch den Körper transportieren und dann durch einen molekularen Schalter geöffnet werden, um sie freizusetzen und so eine auslösbare Medikamentenabgabe zu ermöglichen. Andere Designs könnten potenziell krankheitsverursachende Moleküle im Körper oder Schadstoffe in der Umwelt überwachen. In der synthetischen Biologie könnten sie die Grundlage für biologische Schaltkreise bilden und als einstellbare Schalter fungieren, die das Verhalten einer Zelle vorhersagbar verändern können.

‚Durch das Entwerfen von Proteinen, die auf Befehl zusammen- und auseinandergebaut werden können, ebneten wir den Weg für zukünftige Biotechnologien, die möglicherweise sogar mit der Raffinesse der Natur konkurrieren‘, sagte Baker in einer Pressemitteilung.

Proteine sind die Arbeitstiere des Körpers. Sie bauen und steuern unsere Körper. Protein-Netzwerke bestimmen wann Zellen sich teilen, gedeihen oder sterben. Wissenschaftler verlassen sich seit langem auf Proteine zur Entwicklung von Impfstoffen, Krebstherapien und Behandlungen für Gehirn- und Herzkrankheiten.

Struktur ist ein entscheidendes Merkmal, insbesondere für größere Proteine aus mehreren Komponenten. Sie benötigen eine stabile Form um andere Proteine zu greifen und biologische Reaktionen auszulösen; aber die Form muss auch je nach Bedarf der Zelle veränderbar sein.

Es ist ein wenig wie Holzbretter für verschiedene Haus-Restaurierungsprojekte zu haben. Die Bretter können kombiniert werden um einen Tisch, eine Treppe oder einen Pflanzer für den Garten herzustellen. Ähnlich setzen unsere Zellen Protein-‚Bretter‘ zu einer Vielzahl von Formen zusammen – jedoch mit einem Unterschied.

Nehmen wir zum Beispiel Hämoglobin – ein Protein im Blut das Sauerstoff transportiert. Es besteht aus vier Protein-Brettern; jedes kann Sauerstoff festhalten. Aber sie arbeiten als Team: Wenn ein Brett Sauerstoff festhält wird es einfacher für andere dasselbe zu tun.

Diese Art molekularer Zusammenarbeit hat Wissenschaftler seit fast einem Jahrhundert inspiriert.

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