Ο σχεδιασμός πρωτεϊνών με τη βοήθεια τεχνητής νοημοσύνης (ΑΙ) αποτελεί ένα από τα πιο εντυπωσιακά επιτεύγματα της σύγχρονης βιοπληροφορικής. Χάρη στην πρόοδο της μηχανικής μάθησης, είναι πλέον δυνατός ο προσδιορισμός της τρισδιάστατης δομής πρωτεϊνών, η σχεδίαση νέων λειτουργικών αλληλουχιών και η πρόβλεψη αλληλεπιδράσεων μεταξύ βιομορίων. Στο άρθρο αυτό παρουσιάζουμε τα πιο διαδεδομένα ανοικτά εργαλεία που χρησιμοποιούνται παγκοσμίως από ερευνητές στον σχεδιασμό πρωτεϊνών, πολλά εκ των οποίων είναι ελεύθερα διαθέσιμα για την ερευνητική και εκπαιδευτική κοινότητα.
🧪 1. Rosetta
Το Rosetta είναι ένα ώριμο λογισμικό που υποστηρίζει τη μοντελοποίηση δομών, τη δόμηση αλληλεπιδράσεων και το σχεδιασμό νέων πρωτεϊνών. Παρότι περίπλοκο στην εγκατάσταση, χρησιμοποιείται ευρέως σε ερευνητικά κέντρα και πανεπιστήμια.
🧬 2. RoseTTAFold (Baker Lab)
Το RoseTTAFold αποτελεί μια εναλλακτική ανοιχτού κώδικα στο AlphaFold, με ενσωμάτωση τριών καναλιών πληροφορίας (ακολουθία, απόσταση, προσανατολισμός). Χρησιμοποιείται ευρέως σε συνδυασμό με το λογισμικό Rosetta για την πρόβλεψη δομών και το σχεδιασμό πρωτεϊνών.
🔧 3. ProteinMPNN
Το ProteinMPNN σχεδιάστηκε από το Baker Lab και επιτρέπει τη δημιουργία νέων αλληλουχιών που είναι πιθανό να διπλωθούν σε μια προκαθορισμένη δομή. Αποτελεί βασικό εργαλείο στον σχεδιασμό ενζύμων, αντισωμάτων και νέων πρωτεϊνικών σκελετών.
🧠 4. ESMFold & ESM-2 (Meta AI)
Η σειρά ESM (Evolutionary Scale Modeling) περιλαμβάνει μεγάλα γλωσσικά μοντέλα για πρωτεΐνες, εκπαιδευμένα σε εκατοντάδες εκατομμύρια αλληλουχίες. Το ESMFold επιτρέπει την πρόβλεψη δομών χωρίς την ανάγκη ευθυγράμμισης ακολουθιών (MSA).
🔬 5. AlphaFold2 (DeepMind)
Το AlphaFold2 αποτέλεσε τομή στον προσδιορισμό της δομής πρωτεϊνών από αλληλουχίες αμινοξέων. Ανέπτυξε η DeepMind και χρησιμοποιείται ευρέως από πανεπιστήμια και ερευνητικά κέντρα, συμπεριλαμβανομένου του EMBL-EBI, που προσφέρει βάση δεδομένων με προβλεπόμενες δομές.
- 🔗 https://github.com/deepmind/alphafold
- 🔗 Βάση Δεδομένων: https://alphafold.ebi.ac.uk
🔍 6. ProGen2 (Salesforce Research)
Το ProGen2 είναι ένα γενετικό μοντέλο γλώσσας που δημιουργεί λειτουργικές αλληλουχίες πρωτεϊνών, με δυνατότητα καθορισμού του επιθυμητού τύπου (π.χ. ένζυμο, αντιγόνο). Διατίθεται μέσω Hugging Face.
🧬 7. ProtGPT2
Το ProtGPT2 ακολουθεί την αρχιτεκτονική του GPT-2 και επιτρέπει τη δημιουργία πρωτεϊνών πέρα από τον φυσικά υπάρχοντα χώρο αλληλουχιών. Χρησιμοποιείται σε έργα εξερεύνησης της “πρωτεϊνικής γλώσσας”.
🧰 8. PyMOL & ChimeraX
Για την οπτικοποίηση και ανάλυση πρωτεϊνικών δομών, τα εργαλεία PyMOL και ChimeraX είναι τα πιο διαδεδομένα. Το ChimeraX προσφέρει μοντέρνα διεπαφή και scripting δυνατότητες για επεξεργασία μεγάλων datasets.
- 🔗 PyMOL: https://pymol.org
- 🔗 ChimeraX: https://www.cgl.ucsf.edu/chimerax
⚛️ 9. AutoDock Vina
Το AutoDock Vina είναι το πιο διαδεδομένο ανοικτό εργαλείο για docking μικρομορίων σε πρωτεΐνες και χρησιμοποιείται ευρέως στη φαρμακευτική χημεία και το σχεδιασμό φαρμάκων.
🧬 10. Biopython
Το Biopython είναι ένα βασικό εργαλείο για την επεξεργασία βιολογικών δεδομένων σε Python, με λειτουργίες για PDB αρχεία, ευθυγραμμίσεις, αναζητήσεις και ανάλυση αλληλουχιών.
- 🔗 https://github.com/biopython/biopython
📌 Συμπεράσματα
Τα εργαλεία αυτά δεν είναι απλώς τεχνολογικά επιτεύγματα· είναι οικοσυστήματα ανοικτής γνώσης που επιτρέπουν σε επιστήμονες, φοιτητές και πολίτες να συμμετέχουν ενεργά στην έρευνα αιχμής. Η αξιοποίηση αυτών των εργαλείων στην εκπαίδευση STEΑM, στην καινοτομία και στη βιοτεχνολογία είναι κρίσιμη για τη μετάβαση σε ένα δημοκρατικό και συνεργατικό μοντέλο επιστήμης.
📣 Αν ενδιαφέρεστε να δημιουργήσουμε κοινότητες πρακτικής γύρω από αυτά τα εργαλεία ή να ενσωματωθούν σε ανοιχτά εκπαιδευτικά εργαστήρια, επικοινωνήστε με το admin@eellak.gr .