AI & computing › AI-gestuurde wetenschappelijke ontdekkingen
AI-model Claude ontwerpt eiwitten tegen dodelijk schorpioengif
Het AI-model Claude van Anthropic heeft grotendeels zelfstandig honderdduizenden nieuwe eiwitten ontworpen die schorpioengif kunnen neutraliseren. Schorpioenbeten doden wereldwijd jaarlijks meer dan 3.250 mensen, en de twee veelbelovendste ontwerpen binden zich extreem sterk aan een gevaarlijk gif van de Mexicaanse schorpioen. Het onderzoek laat zien hoe AI het trage proces van medicijnontwikkeling kan versnellen.
Schorpioenbeten zijn in grote delen van de wereld een serieus gezondheidsrisico. Vooral in Mexico, Noord-Afrika en delen van Zuid-Amerika sterven jaarlijks duizenden mensen aan de gevolgen van een steek. Het gif van sommige schorpioensoorten bevat neurotoxines: stoffen die het zenuwstelsel aantasten en bij kinderen en ouderen fataal kunnen zijn. Bestaand antiserum werkt niet altijd goed en is duur om te maken, omdat het vaak wordt gewonnen uit het blóed van paarden die met gif zijn ingespoten.
Het Amerikaanse AI-bedrijf Anthropic liet zijn taalmodel Claude daarom onderzoeken of er een snellere, goedkopere manier is om tegengif te maken. Dat gebeurde binnen Claude Science, een speciale werkomgeving die Anthropic heeft gebouwd voor wetenschappers die AI willen inzetten bij onderzoek.
Honderdduizenden ontwerpen in een dag
Na een eerste opdracht van de onderzoekers ging Claude 24 uur lang zelfstandig aan de slag. Het model moest zogeheten eiwitbinders ontwerpen: kleine, kunstmatig gevormde eiwitten die als een soort moleculair slot-en-sleutelsysteem precies passen op een specifiek doelmolecuul. In dit geval moesten de eiwitten zich vastklampen aan vijf verschillende neurotoxines uit het gif van vier schorpioensoorten.
In die 24 uur produceerde Claude maar liefst 318.484 mogelijke ontwerpen. Daarna stuurden de onderzoekers het proces verder bij met extra instructies. Uiteindelijk selecteerde Claude zelf 180 kansrijke kandidaten, en de onderzoekers voegden daar nog 31 eigen ontwerpen aan toe. Van de 211 ontwerpen die vervolgens in het lab werden getest, bleken er 17 daadwerkelijk te werken als eiwitbinder.
Veelbelovend tegen Mexicaans schorpioengif
De twee sterkste ontwerpen bonden extreem stevig aan Cn2, een beruchte neurotoxine uit het gif van de Mexicaanse schorpioen. Laboratoriumtests wijzen erop dat deze AI-ontworpen eiwitten op of vlakbij dezelfde plek aangrijpen als een bestaand antilichaam waarvan al bekend is dat het Cn2 bij muizen onschadelijk maakt. Of de nieuwe eiwitten ook echt als antivenom werken bij mens of dier, is nog niet getest.
Twee onafhankelijke laboratoria hebben de resultaten inmiddels wel bevestigd, wat de bevindingen extra geloofwaardigheid geeft. Externe experts Susana Vázquez Torres en Timothy P. Jenkins noemen het werk een veelbelovende eerste stap, maar benadrukken dat er nog flink wat onderzoek nodig is voordat dit tot een echt medicijn leidt.
Niet de eerste keer
Dit is niet het eerste succes van Claude in de eiwitwetenschap. In een eerder onderzoek ontwierp het model al kleine eiwitbinders voor 14 van de 15 beoogde doeleiwitten. Het slagingspercentage lag daarbij op 22 tot 35 procent, ruim boven de 10 tot 15 procent die normaal gangbaar is bij dit soort ontwerpopgaven. Dat suggereert dat AI-modellen als Claude het traditioneel trage en kostbare proces van eiwitontwerp kunnen versnellen, al blijft laboratoriumvalidatie onmisbaar om te checken of een ontwerp op papier ook echt werkt in de praktijk.
Achtergrond & begrippen
Wat betekent dit voor de toekomst? Dit onderzoek toont dat AI-modellen zelfstandig en in hoog tempo nieuwe eiwitten kunnen ontwerpen die ziekteverwekkende stoffen neutraliseren. Als dit soort AI-ontworpen eiwitbinders de stap naar echte medicijnen maken, kan dat de ontwikkeling van tegengif en andere biologische behandelingen sterk versnellen en goedkoper maken. Het verkleint ook de afhankelijkheid van traditionele, trage methoden zoals het winnen van antiserum uit dierenbloed.
- Eiwitbinder
- Een kunstmatig ontworpen eiwit dat zich precies hecht aan een specifiek doelmolecuul, zoals een slot dat op een sleutel past.
- Neurotoxine
- Een giftige stof die het zenuwstelsel aantast en bij hoge dosering tot verlamming of de dood kan leiden.
- Antivenom (tegengif)
- Een medisch middel dat de schadelijke werking van dierlijk gif, zoals schorpioengif, in het lichaam neutraliseert.
- Claude Science
- Een werkomgeving van Anthropic waarin het AI-model Claude wordt ingezet om wetenschappers te ondersteunen bij onderzoek, zoals eiwitontwerp.
- Antilichaam
- Een eiwit dat het afweersysteem van mens of dier maakt om specifieke schadelijke stoffen, zoals giftstoffen, te herkennen en onschadelijk te maken.
- Cn2
- Een specifieke, gevaarlijke neurotoxine uit het gif van de Mexicaanse schorpioen Centruroides.
- Hit rate (slagingspercentage)
- Het percentage ontworpen eiwitten dat in laboratoriumtests daadwerkelijk werkt zoals bedoeld.
Bronnen
Dit artikel is met behulp van AI geschreven op basis van bovenstaande bronnen en is geen letterlijke vertaling. Zo werkt onze redactie.
