Biotechnologen lieten een AI-systeem een bacteriedodend eiwit bedenken. Een deel van de resultaten testten ze, en bleek daadwerkelijk bacteriedodend.

Een AI-systeem heeft antimicrobiële eiwitten ontworpen die in het laboratorium bleken te werken. Dezelfde aanpak zou gebruikt kunnen worden om nieuwe medicijnen te ontwerpen. Dat blijkt uit onderzoek van Ali Madani, AI-expert bij het biotechnologiebedrijf Profluent in Californië, gepubliceerd in Nature.

Eiwitten bestaan uit ketens van aminozuren. De volgorde van die aminozuren bepaalt de vorm en functie van het eiwit. Madani gebruikte samen met collega’s kunstmatige intelligentie (AI) om miljoenen nieuwe eiwitten te ontwerpen. Daarna testte hij een deel daarvan om te zien of ze ook echt werkten.

Eveline Verhulst doet al 18 jaar onderzoek naar geslachtsbepaling bij insecten: ‘Ik was meteen verkocht’
LEES OOK

Eveline Verhulst doet al 18 jaar onderzoek naar geslachtsbepaling bij insecten: ‘Ik was meteen verkocht’

Moleculair bioloog Eveline Verhulst doet baanbrekend onderzoek naar geslachtsbepaling bij de sluipwesp en andere insecten en ...

Tekstgenerator voor eiwitten

Het AI-systeem, ProGen genaamd, werkt op dezelfde manier als AI die teksten genereert zoals ChatGPT. ProGen leerde de ‘grammatica’ van eiwitten: hoe aminozuren samen combineren tot de 280 miljoen al bestaande eiwitten. Daarna kozen Madani en zijn team enkele eiwitten uit waarop ProGen zich kon baseren. Dat waren eiwitten die al bekend staan als bacteriebestrijders.

Madani en zijn collega’s bouwden een controlesysteem in, zodat ProGen geen aminozuur-onzin zou maken. Ook testten ze een deel van de gegenereerde ontwerpen in levende cellen. Van de 100 ontwerpen die ze maakten, waren er 66 betrokken bij scheikundige reacties die lijken op de reacties van natuurlijke bacteriedodende eiwitten. Dat suggereert dat deze nieuwe eiwitten ook een antimicrobiële werking hebben.

Daarna selecteerde Madani de vijf eiwitten met de sterkste respons, en voegde die toe aan een kweek van Escherichia coli, een veelvoorkomende darmacterie. Twee van de vijf eiwitten vernietigden de bacteriën.

Röntgenfoto’s

Vervolgens bracht het team de vorm van de eiwitten in kaart met hulp van röntgenstraling. Hoewel de volgorde van de aminozuren 30 procent verschilde van welk bestaand eiwit dan ook, kwam de vorm bijna volledig overeen met natuurlijke eiwitten. Biotechnoloog James Fraser van de Universiteit van Californië in San Francisco, die bij het onderzoek betrokken was, zegt dat het niet van tevoren al duidelijk was dat ProGen zou leren hoe het met een andere aminozuurvolgorde toch de juiste vorm kon creëren.

‘Het was een soort het-ziet-eruit-als-een-eend-het-kwaakt-als-een-eend-situatie’, zegt Fraser. ‘En de röntgenopnamen bevestigden dat het ook wandelt als een eend.’ Hij was verrast dat ze een werkend eiwit vonden bij het beperkte aantal van ProGen-gegenereerde eiwitten dat ze hebben getest.

Een vergelijkbare werkwijze kan worden gebruikt om nieuwe moleculen te creëren voor de ontwikkeling van medicijnen, zegt Madani. Maar die moeten alsnog worden getest in het laboratorium, wat veel tijd kan kosten.