Enzymerna som kan minska utsläppen
Tema AI och människan
Med hjälp av avancerad AI-teknik tar KTH-forskare fram helt nya proteiner för att bidra till en mer hållbar värld. Det handlar bland annat om att påskynda algers upptag av koldioxid och att skapa mat utan att använda djur.
– Vi arbetar med att förbättra celler. Med hjälp av nyutvecklade AI-tekniker kan vi nu förändra enzymer i cellerna på sätt som evolutionen aldrig tidigare förmått, samtidigt som de fortfarande ser ut och fungerar som naturliga enzymer. Detta beror på att dessa AI-verktyg har tränats i hur proteiner fungerar och kan gissa vilken typ av mutation som kan leda till en förbättring. I vissa fall blir enzymet så pass mycket bättre att cellerna kan användas inom den kemiska industrin. Det blir en grön katalysator, säger Paul Hudson, professor i mikrobiell bioenergiproduktion.
Tränas i proteinernas struktur
Proteiner är uppbyggda av långa kedjor av aminosyror. Enzymer är proteiner som sätter igång olika kemiska reaktioner. Språkbaserade AI-modeller och diffusionsmetoden, som annars används för att generera bilder, har visat sig fungera väl för att generera nya proteinsekvenser. Med hjälp av maskininlärning tränas dessa modeller i proteinernas struktur och kan på så sätt föreslå egna, nya varianter.
– Det här ger oss verktyg för att utforska nya kemiska reaktioner på ett sätt som inte var möjligt för ett år sedan, säger Ulysse Castet, doktorand vid avdelningen för systembiologi.
Gör det möjligt att ta annan evolutionär väg
Som en del av sina doktorandstudier kommer Castet att arbeta med olika projekt som använder generativ AI. Ett av dem finansieras av Stiftelsen för strategisk forskning, SSF, och baseras på Rubisco, ett CO2-fixerande enzym som Castet arbetade med redan under sina masterstudier.
– Det här är det viktigaste enzymet i alger som används för kolbindning. Det har utvecklats mycket långsamt under en miljard år. Enzymet har också varit mycket svårt att förbättra med traditionella metoder. Nu kan vi skapa helt nya varianter av Rubisco-enzymet, några som har en helt annan sekvens än de som finns i naturen. Var och en av dessa nya sekvenser kan fungera bättre direkt, eller åtminstone göra det möjligt för enzymet att ta en annan evolutionär väg i laboratoriet, säger Paul Hudson.
Kan användas i alternativa livsmedel
Ett annat forskningsprojekt handlar om att med hjälp av AI skapa nya proteiner som kan användas i alternativa livsmedel. Projektet är i ett tidigt skede och inom centrumbildningen KTH Food.
– Till exempel kommer en livsmedelsprodukt att kunna ersätta mjölk och de modifierade proteinerna kommer att skapas utanför kon. Många proteiner kan produceras av jäst via fermentering och kräver inte användningen av djur. Med AI kan det även bli möjligt att förändra egenskaperna hos dessa livsmedelsproteiner för att göra dem bättre för vår hälsa, säger Paul Hudson.
Förlitar sig på expertvalidering
Forskarna betonar att AI är ett verktyg som ger dem vägledning och hjälp men resultatet måste också bekräftas med andra verktyg.
– Vi använder många metoder och förlitar oss alltid på expertvalidering, till exempel genom att testa resultaten i labbet. Detta kan kräva att man testar många varianter av ett föreslaget protein för att hitta den önskade funktionen, säger Ulysse Castet.
Text: Sabina Fabrizi