– Proteiner er selve livsmaskineriet – de er motoren i alt
som skjer biologisk, sier molekylærbiolog Sigrid Bratlie.
Hun er rådgiver ved Kreftforeningen og tankesmien Langsikt
og har fulgt forskningen innen bioteknologi i mange år.
Bratlie forteller at proteinene er uunnværlige byggesteiner
i alle celler. Dessuten utfører de mange viktige oppgaver som trengs for å
holde livet i gang.
For eksempel er mange hormoner og andre signalstoffer i
kroppen proteiner. Det gjelder også antistoffer – som er avgjørende for
immunsystemet. Og mange av de kjemiske reaksjoner vi er avhengig av, styres av
enzymer, som også er proteiner.
Mennesker kan ta over rollen som designer
Det finnes antagelig flere milliarder ulike proteiner i naturen,
med hver sin bestemte funksjon. De har evolusjonen utviklet over milliarder av
år.
Men nå kan alt endre seg.
– Ved hjelp av bioteknologi og kunstig intelligens kan
menneskene kanskje ta over rollen som designere av nye proteiner, sier Bratlie.
For ikke lenge siden ville noe slikt fortonet seg som
science fiction. Men utviklingen på dette feltet har gått fra skilpaddefart til
lyshastighet på bare noen få år.
– Proteindesign har definitivt topplasseringen på min liste
over gjennombrudd i år.
Tredimensjonale kjeder
Det er faktisk mange tiår siden forskere oppdaget en
avgjørende egenskap ved proteinene:
Proteinfolding.
På nanonivå er et protein egentlig en lang kjede av
molekyler som kalles aminosyrer. Rekkefølgen på aminosyrene bestemmer hvilket
protein det er snakk om.
Men disse kjedene slenger ikke bare rundt som slappe perlekjeder.
De er derimot foldet opp i kompliserte tredimensjonale strukturer. Det er
nettopp denne formen som gir hvert protein sin spesielle egenskap.
Derfor har forskere vært svært interessert i å finne ut hva
som får proteinene til å folde seg slik de gjør.
Finnes det faste regler for proteinfoldingen? Og hvis vi
skjønner disse reglene – kan vi forutsi hvordan proteinet folder seg, bare ved
å se rekkefølgen på aminosyrene i proteinet?
KI-revolusjon
Lenge virket oppgaven imidlertid umulig.
Proteinfoldingens indre system er ufattelig komplisert, og forskningen
sneglet seg fram med museskritt.
Inntil desember 2020. Da skjedde noe som rystet hele forskningsfeltet
i grunnvollene.
Forskere fra Google-selskapet DeepMind hadde brukt KI-redskapet
AlphaFold2 til å forutsi strukturen på proteiner. Resultatene de hadde fått, viste
seg å være forbløffende gode. Mye mer presise enn noen tidligere metoder.
Forskningsfeltet hadde tatt et sjumilssteg. Og nå, bare fire
år senere, har det tatt enda et gigantisk skritt, mener Bratlie.
Et steg inn i en helt ny verden.
Proteindesign
– Nobelprisen i kjemi i år gikk til tre personer. To av dem
er forskere fra DeepMind som har jobbet med AlphaFold. Men den tredje, David
Baker, har kanskje gjort noe enda mer revolusjonerende, sier Bratlie.
– Han har lagd et KI-verktøy som på en måte gjør det
motsatte.
I stedet for å ta utgangspunkt i en eksisterende aminosyrekjede ba Baker dette verktøyet om å lage en tredimensjonal form som han trenger.
Altså: Jeg trenger et protein med denne spesielle formen. Kan
du lage en aminosyrekjede som folder seg slik?
På denne måten har Baker faktisk klart å skape helt nye
proteiner.
Materialer og medisiner
– Dette betyr at vi ikke er begrenset av hvilke proteiner
som naturen allerede har lagd, men kan designe proteiner ut fra hva vi trenger,
sier Bratlie.
Foreløpig er teknologien langt fra ferdig utviklet, men i
teorien vil vi rett og slett kunne bestille stoffer, som nye materialer, medisiner
eller antistoffer mot nye sykdommer.
Baker har allerede servert ett eksempel.
Sammen med en rekke kollegaer designet han et protein som
virker som motgift mot slangebitt. Forskerne ga to grupper mus slangegift. Men
den ene gruppa fikk også det nye proteinet.
Resultatet var temmelig oppsiktsvekkende. Alle musene i gruppa
som bare fikk gift, døde. Men i gruppa som også mottok det nye proteinet,
overlevde alle musene.
Studien er foreløpig bare lagt ut som et preprint og er dermed
ikke fagfellevurdert enda. Det er heller ikke sikkert at behandlingen virker
for mennesker. Men resultatene hinter likevel om hvilken nytte proteindesign kan
ha.
Spennende og bekymringsfullt
– Dette er en vanvittig spennende og ganske overveldende
utvikling, sier Bratlie.
– Jeg tror proteindesign kan vise seg å være det aller
viktigste kunstig intelligens kan bidra med, totalt sett.
– Vi er tross alt biologiske vesener, som lever av
biologiske ressurser. Jeg tror kombinasjonen av genteknologi og kunstig
intelligens vil kunne løse noen av de virkelig store utfordringene våre, som
antibiotikaresistens.
Samtidig mener Bratlie det er knyttet bekymringer til denne
teknologien.
Hva om noen for eksempel vil bruke verktøyene til krigføring?
I 2022 gjorde forskere et eksperiment med et KI-verktøy som
vanligvis brukes for å lete etter nye medisiner. De ba i stedet systemet om å finne
mulige giftigstoffer.
I løpet av noen timer hadde maskinen kommet fram til 40.000 alternativer.
De inkluderte nervegiften VX og andre kjente kjemiske våpen, i tillegg til helt
nye, potensielt livsfarlige stoffer.
Trenger ikke lenger å forstå
Det er også et annet tankevekkende aspekt ved utviklingen av
den nye proteinteknologien:
Vi skjønner egentlig ikke hva som skjer lenger.
Tidligere forskning på proteinfolding har gått ut på å forstå
hvordan molekylene fungerer. Vi borer stadig dypere i de fysiske og kjemiske
lovene som får en aminosyrekjede til å folde seg på en bestemt måte.
– Men når vi bruker kunstig intelligens, så trenger vi ikke
å skjønne alt, sier Bratlie.
Vi putter en forespørsel inn i en svart boks, og får et svar
ut. Dette svaret kan vi sjekke mot virkeligheten, og finne ut om det stemmer.
Men vi vet ikke helt hvordan KI-verktøyet kom fram til riktig løsning.
Hva er vitenskap i framtida?
– Historisk sett har vitenskap handlet om å forstå naturen, sier
forsker Mohammed AlQuraishi ved Columbia University til Quanta Magazine.
Men hva skjer når vitenskapelige framskritt baserer seg på
at kunstig intelligens forteller oss svarene, men ikke prosessen bakom? Er det
da fortsatt vitenskap? spør AlQuraishi.
På den annen side kan man også spørre: Hvis vi finner en kur
mot kreft, trenger vi å bry oss med hvorfor den virker?
Dette er store spørsmål som vil følge vitenskapen i årene
som kommer.
Hvis mange forskere ikke lenger forsøker å forstå prosessene
i naturen, vil ikke kunstig intelligens bare forandre forskningen, skriver
Quanta Magazine.
Den vil også forandre forskerne.
