AlphaFold, dobramento de proteínas e origami

O DeepMind, a mesma empresa da inteligência artificial que venceu os mestres do jogo Go, surpreende o mundo novamente.

Ela acaba de vencer o CASP – Critical Assessment of Protein Structure Prediction, uma competição para prever a estrutura de proteínas, com o seu algoritmo AlphaFold.

O CASP existe faz anos, e sempre tem um vencedor. Qual a diferença?

A diferença é que o AlphaFold foi muito superior aos demais, atingindo um nível de acurácia nunca antes visto, e rivalizando com técnicas laboratoriais (como o Raio-X) extremamente mais demoradas e caras.

O que é dobramento de proteínas?

Muito se fala do famoso DNA, a molécula em dupla-hélice que é o livro da vida. Entretanto,o DNA sozinho não faz nada. A informação contida neste, através de suas bases (A,G,C,T), tem que ser transcrita e levada ao ribossomos, onde são transformadas em proteínas.

Um conjunto de três bases forma um aminoácido. O conjunto se dobra em estruturas 3D complexas, que aí sim, tem função no organismo – um hormônio, um anticorpo, etc.

Proteínas são os blocos constituintes da vida, existentes em seres humanos, animais, plantas.

É como dobrar um origami de um cisne. O DNA é o papel desdobrado, onde somente as marcas de dobra são visíveis.

O problema é: a partir das marcas das dobras, como montar o origami completo, dadas as interações físicas e químicas entre os aminoácidos. O problema é extremamente complexo, porque a cadeia pode ter milhares de aminoácidos, e todos influenciam em todos.

O DeepMind é famoso por utilizar redes neurais profundas do começo ao fim, porém, dessa vez, a abordagem foi mista.

Utilizaram: 1- redes neurais de atenção para chegar em fragmentos candidatos; e 2 – algoritmos clássicos (Gradient Descent) para otimização global.

Também esperava-se um esforço computacional gigantesco, fosse puramente redes neurais profundas, mas a abordagem descrita utilizou apenas ~200 GPUS, algo relativamente modesto nos dias de hoje.

Obviamente, fizeram uma quantidade gigantesca de pesquisa para chegar nessas soluções, dentre as inúmeras outras arquiteturas possíveis.

Aplicações do dobramento de proteínas: entender doenças e projetar remédios.

Os métodos atuais permitem obter a estrutura de uma proteína ao cabo de um ano e com um custo de 120 mil dólares. O AlphaFold fornece o resultado em meia hora.

Ainda há um longo caminho a percorrer, para tornar o AlphaFold capaz de resolver problemas de verdade. O CASP é basicamente um jogo controlado, e o algoritmo funciona bem apenas no contexto do desafio proposto.

Mas o futuro é promissor. Na palavra de um dos pesquisadores, “o AlphaFold vai mudar tudo”.

Referências.

https://news.efinancialcareers.com/uk-en/325021/google-deepmind-pay

https://deepmind.com/blog/article/alphafold-a-solution-to-a-50-year-old-grand-challenge-in-biology

https://www.businessinsider.com/deepmind-google-protein-folding-ai-alphafold-technology-2020-12

https://www.kdnuggets.com/2019/07/deepmind-protein-folding-upset.html

https://visao.sapo.pt/exameinformatica/noticias-ei/ciencia-ei/2020-12-02-inteligencia-artificial-da-deepmind-faz-descoberta-cientifica-revolucionaria/

2 comentários sobre “AlphaFold, dobramento de proteínas e origami

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