Columbia ve Harvard üniversitelerinden bir araştırma ekibi, yaşamın temel taşı olan genetik kodu yeniden şekillendirmek için önemli bir adım attı. Bilim insanları, gelişmiş yazılım araçlarını kullanarak ribozomun bir bölümünü, normalde gerekli olan bir amino asit olmadan çalışacak şekilde yeniden tasarladı.

• Genetik kod, dünyadaki tüm canlıların ortak atadan geldiğini gösteren evrensel bir yapıya sahip
• 20 farklı amino asidi temel alıyor
• Araştırmacılar, yaşamın erken dönemlerinde canlıların daha az amino asit kullandığı hipotezini test etmek için bu 20 amino asitten birini sistemden çıkarmayı hedefledi

 adlı amino asidi hedef alarak işe başladı
• Bu amino asidin 

 ile değiştirilip değiştirilemeyeceğini inceledi
• E. coli genomu üzerinde yapılan analizler, isoleucine'in diğer amino asitlerle en sık yer değiştiren bileşen olduğunu ortaya koydu

• 36 temel gen üzerinde yapılan ilk testlerde, isoleucine yerine valine kullanılarak hücrelerin hayatta kalıp kalamayacağı gözlemlendi
• Birçok durumda hücreler bu değişikliğe tepki vererek öldü
• Ancak 

• Ribozom, mesajcı RNA'ları proteinlere dönüştüren karmaşık bir yapı
• Ekip, ribozom proteinlerini isoleucine içermeyecek şekilde yeniden tasarlamak için 

derin öğrenme tabanlı protein tasarım yazılımlarından

 yararlandı
• Süreç, ribozomun küçük alt birimindeki 

 isoleucine'in çıkarılmasıyla sonuçlandı


• rplW adlı gen özellikle zorluk çıkardı
• Yazılımın önerdiği alternatif dizilimler sayesinde başarılı sonuç elde edildi

 gibi protein yapısı yazılımlarının yoğun kullanımıyla mümkün hale geldi
• Yapay zeka modelleri, biyologların genellikle kaçınacağı radikal değişiklikler önerdi
• İmkansız görünen yapılar kurulabildi


• Mevcut yapay zeka modellerinin kararlarını açıklayamaması hala önemli bir sorun
• Yazılımın neden belirli bir dizilimi tercih ettiğini tam olarak anlamak için insan analizine ihtiyaç var

• Yeni ribozom yapısı, hücrelerin normal E. coli'ye kıyasla 

 hızla büyümesini sağlıyor
• Bu çalışma, genetik kodun sınırlarını zorlayarak yaşamın kökenine dair yeni bakış açıları sunmayı hedefliyor

A research team from Columbia and Harvard universities has taken a significant step toward reshaping the genetic code, the foundation of life. Scientists used advanced software tools to redesign a portion of the ribosome to function without an amino acid normally considered essential.

The genetic code has a universal structure, suggesting that all living things on Earth share a common ancestor

Researchers aimed to test the hypothesis that early life forms used fewer amino acids by removing one of these 20 from the system

The team began by targeting the amino acid isoleucine

They investigated whether it could be replaced by valine

 genome revealed that isoleucine is the component most frequently replaced by other amino acids

In initial tests on 36 essential genes, they observed whether cells could survive when isoleucine was replaced by valine

In many cases, cells reacted to this change and died

However, 17 genes were unaffected by this modification

Ribosome Engineering and Artificial Intelligence

The ribosome is a complex structure that converts messenger RNA into proteins

The team used deep learning-based protein design software to redesign ribosomal proteins to be isoleucine-free

The process resulted in the removal of isoleucine from all 21 proteins in the small subunit of the ribosome

A gene called rplW posed particular difficulty

Success was achieved thanks to alternative sequences suggested by the software

The process was made possible through intensive use of protein structure software like the Nobel Prize-winning AlphaFold 2

AI models suggested radical changes that biologists would typically avoid

Structures that seemed impossible were constructed

The inability of current AI models to explain their decisions remains a significant issue

Human analysis is still needed to fully understand why the software preferred a specific sequence

The new ribosome structure allows cells to grow at approximately 60% of the speed of normal 

This study aims to push the boundaries of the genetic code and offer new perspectives on the origin of life

O echipă de cercetători de la universitățile Columbia și Harvard a făcut un pas important în remodelarea codului genetic, piatra de temelie a vieții. Oamenii de știință au redesenat o parte a ribozomului folosind instrumente software avansate pentru a funcționa fără un aminoacid care este în mod normal necesar.

Codul genetic are o structură universală care arată că toate organismele vii din lume provin dintr-un strămoș comun

Se bazează pe 20 de aminoacizi diferiți

Cercetătorii și-au propus să elimine unul dintre acești 20 de aminoacizi din sistem pentru a testa ipoteza că organismele vii foloseau mai puțini aminoacizi în primele etape ale vieții

Echipa a început prin a viza aminoacidul numit izoleucină

A investigat dacă acest aminoacid poate fi înlocuit cu valină

Analizele efectuate pe genomul E. coli au arătat că izoleucina este componenta care se înlocuiește cel mai frecvent cu alți aminoacizi

În primele teste efectuate pe 36 de gene esențiale, s-a observat dacă celulele pot supraviețui folosind valină în loc de izoleucină

În multe cazuri, celulele au reacționat la această schimbare și au murit

Totuși, 17 gene nu au fost afectate de această schimbare

Ingineria Ribozomului și Inteligența Artificială

Ribozomul este o structură complexă care transformă ARN-urile mesager în proteine

Echipa a folosit software de proiectare a proteinelor bazat pe învățare profundă pentru a redesena proteinele ribozomale astfel încât să nu conțină izoleucină

Procesul a dus la eliminarea izoleucinei din toate cele 21 de proteine ale subunității mici a ribozomului

Genul numit rplW a pus probleme deosebite

S-a obținut un rezultat de succes datorită secvențelor alternative sugerate de software

Procesul a devenit posibil prin utilizarea intensivă a software-urilor de structură proteică precum AlphaFold 2, laureat al Premiului Nobel

Modelele de inteligență artificială au sugerat schimbări radicale pe care biologii le-ar fi evitat de obicei

S-au putut construi structuri care păreau imposibile

Incapacitatea modelelor actuale de inteligență artificială de a-și explica deciziile rămâne încă o problemă importantă

Este nevoie de analiză umană pentru a înțelege pe deplin de ce software-ul preferă o anumită secvență

Noua structură a ribozomului permite celulelor să crească cu o viteză de aproximativ 60% față de E. coli normal

Acest studiu își propune să ofere noi perspective asupra originii vieții, depășind limitele codului genetic

РАДИКАЛЬНОЕ ИЗМЕНЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКОГО КОДА

Исследовательская группа из Колумбийского и Гарвардского университетов сделала важный шаг в перепроектировании генетического кода — основы жизни. Используя передовые программные инструменты, учёные перепроектировали часть рибосомы так, чтобы она функционировала без одной из аминокислот, которая обычно считается необходимой.

• Генетический код имеет универсальную структуру, указывающую на то, что все живые организмы на Земле произошли от общего предка
• Он основан на 20 различных аминокислотах
• Исследователи стремились удалить одну из этих 20 аминокислот из системы, чтобы проверить гипотезу о том, что на ранних этапах жизни организмы использовали меньше аминокислот

ЦЕЛЬ — АМИНОКИСЛОТА ИЗОЛЕЙЦИН

• Команда начала с нацеливания на аминокислоту изолейцин
• Они изучили, можно ли заменить её валином
• Анализы на геноме E. coli показали, что изолейцин является компонентом, который наиболее часто заменяется другими аминокислотами

ТЕСТИРОВАНИЕ НА 36 ГЕНАХ

• В первых тестах на 36 основных генах наблюдали, могут ли клетки выжить при использовании валина вместо изолейцина
• Во многих случаях клетки реагировали на это изменение и погибали
• Однако 17 генов не пострадали от этого изменения

ИНЖЕНЕРИЯ РИБОСОМ И ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ

• Рибосома — это сложная структура, которая преобразует матричные РНК в белки
• Команда использовала программное обеспечение для дизайна белков на основе глубокого обучения, чтобы перепроектировать белки рибосомы так, чтобы они не содержали изолейцин
• Процесс привёл к удалению изолейцина из всех 21 белка малой субъединицы рибосомы

Критическое препятствие:


• Ген rplW создал особые трудности
• Успешный результат был достигнут благодаря альтернативным последовательностям, предложенным программным обеспечением

• Процесс стал возможен благодаря интенсивному использованию программного обеспечения для прогнозирования структуры белков, такого как удостоенный Нобелевской премии AlphaFold 2
• Модели искусственного интеллекта предложили радикальные изменения, которых биологи обычно избегают
• Удалось создать структуры, казавшиеся невозможными


• Невозможность существующих моделей искусственного интеллекта объяснять свои решения остаётся серьёзной проблемой
• Для полного понимания того, почему программное обеспечение предпочло определённую последовательность, требуется человеческий анализ

• Новая структура рибосомы позволяет клеткам расти примерно на 60% быстрее по сравнению с обычной E. coli
• Это исследование направлено на расширение границ генетического кода и предоставление новых взглядов на происхождение жизни

Yapay Zeka ile Genetik Kod Yeniden Tasarlandı

Genetik Kodda Radikal Değişim

İsoleucine Amino Asidi Hedef Alındı

36 Gen Üzerinde Test

Ribozom Mühendisliği ve Yapay Zeka

AlphaFold 2 ve Gelecek

Sonuçlar