7 min

AI si hraje na boha. Navrhuje proteiny, které příroda nikdy nevytvořila

Přidejte si obsah Centrum.cz do oblíbených zdrojů pro Google hledání a Google zprávy

Sdílet

Dennívýzva

Příroda měla miliardy let na to, aby vytvořila proteiny potřebné pro život. Přesto nemusí znát ani zlomek těch, které by ve skutečnosti mohly fungovat. Vědci z MIT nyní vyvinuli model, který se nesnaží pouze napodobovat molekuly nalezené v živých organismech.

AI si hraje na boha. Navrhuje proteiny, které příroda nikdy nevytvořila

Zdroj: Šťavnatý příběh - Čeština

Učí se hledat úplně jiné aminokyselinové sekvence schopné vytvořit požadovanou strukturu. Pokud se podobný přístup podaří dovést z počítače do laboratoří, mohl by jednou vést k novým lékům, enzymům pro chemické reakce, které příroda neumí, biosenzorům nebo biologickým materiálům navrženým přímo pro konkrétní úkol.

Evoluce vytvořila nepředstavitelné množství proteinů. Pořád ale vybírala jen z malé části možností

Protein lze zjednodušeně představit jako dlouhý řetězec aminokyselin, který se složí do určitého trojrozměrného tvaru. Právě tento tvar výrazně ovlivňuje jeho funkci. Jedny proteiny přenášejí látky, jiné rozeznávají konkrétní molekuly, další fungují jako enzymy a urychlují chemické reakce. Bez proteinů by neexistovaly svaly, protilátky, buněčné receptory ani obrovská část procesů, které udržují organismus při životě.

Možných sekvencí je však absurdní množství. Už řetězec dlouhý sto aminokyselin může být teoreticky sestaven ve 20<sup>100</sup> variantách. Naprostá většina z nich samozřejmě nebude tvořit stabilní a užitečný protein, jenže i nepatrný zlomek tak obrovského prostoru představuje množství možností, které nemohla evoluce během historie života fyzicky vyzkoušet.

Navíc nikdy nepracovala jako konstruktér, který začne od nuly a hledá nejlepší možné řešení. Každý nový protein vznikal postupnou změnou něčeho, co už existovalo. Každý mezikrok musel být slučitelný s přežitím a rozmnožováním organismu. Pokud tedy existuje výborně fungující protein, ke kterému by vedla evoluční cesta přes několik nevýhodných nebo smrtících mezistupňů, příroda se k němu pravděpodobně nikdy nedostala.

To vede k podstatné myšlence: proteiny současného života nejsou katalogem všeho, co může fungovat. Jsou katalogem toho, k čemu se evoluce dokázala dostat.

Umělá inteligence se dlouho učila podle odpovědí, které už znala příroda

Právě zde vědci narazili na problém při používání strojového učení pro návrh proteinů. Častým úkolem je vzít požadovanou trojrozměrnou strukturu a nechat model navrhnout sekvenci aminokyselin, která by se do takového tvaru mohla složit.

Jak ale poznat, zda je model dobrý?

Jedním z používaných měřítek je takzvané native sequence recovery. Model dostane známou strukturu přírodního proteinu a hodnotí se podle toho, jak dobře dokáže zpětně odhadnout skutečnou sekvenci aminokyselin, kterou používá příroda.

Autoři práce publikované v roce 2026 v Proceedings of the National Academy of Sciences však upozorňují, že právě tady může být chyba. Stejný nebo velmi podobný prostorový tvar totiž nemusí vytvářet jediná sekvence. Existovat může mnoho různých aminokyselinových řetězců schopných složit se do stejné struktury. Model tak může přijít s naprosto životaschopnou alternativou a přesto získat horší skóre pouze proto, že neuhodl řešení, které kdysi vybrala evoluce.

Je to trochu jako dát studentovi úkol postavit most a hodnotit ho podle toho, zda použil přesně stejné šrouby jako jeho předchůdce. Přitom skutečná otázka zní, zda most stojí.

PottsMPNN nehledá kopii. Snaží se pochopit, proč protein drží pohromadě

Foster Birnbaum a Amy Keating z MIT proto vytvořili framework PottsMPNN. Jeho cílem není pouze předvídat, kterou aminokyselinu by na určité místo umístila příroda. Modeluje také vztah mezi složením sekvence a energetickou stabilitou výsledného proteinu.

Zásadní je přitom skutečnost, že aminokyseliny nefungují izolovaně. Změna jednoho místa v proteinu může být neškodná v určité kombinaci se sousedními aminokyselinami a velmi problematická v jiné. PottsMPNN proto zachycuje také párové interakce mezi jednotlivými místy v molekule a snaží se vytvořit realističtější mapu takzvané sekvenčně-energetické krajiny.

Výsledek byl na první pohled paradoxní. Když výzkumníci model naučili méně lpět na přírodních sekvencích, zhoršil se právě v jejich kopírování. Současně se ale zlepšila kompatibilita navrhovaných sekvencí s požadovanou strukturou a schopnost předvídat energetické důsledky mutací. Jinými slovy: byl horší v opisování přírody, ale lepší v některých vlastnostech důležitých pro samotný proteinový design.

A to je přesně to, co vědci potřebují ve chvíli, kdy chtějí navrhnout strukturu, která v přírodě vůbec neexistuje. U ní totiž žádná původní sekvence není a není co kopírovat.

K čemu potřebujeme proteiny, které příroda nikdy nevytvořila

Právě tady začíná být výzkum mnohem zajímavější než samotná schopnost vytvořit neobvyklou molekulu. Protein je biologický nástroj. Pokud se naučíme navrhovat jeho tvar a vlastnosti na objednávku, můžeme se jednou přestat ptát, zda příroda náhodou vytvořila něco vhodného pro náš problém.

V medicíně by nové proteiny mohly být navrženy například tak, aby se velmi přesně vázaly na molekulu spojenou s určitým nádorem, virem nebo jiným onemocněním. Už současný proteinový design se využívá při vývoji terapeutických molekul, vakcinačních antigenů, antivirotik nebo systémů pro dopravu léčiv. De novo design slibuje možnost vytvářet molekuly s vlastnostmi, pro které v přírodě nemusí existovat vhodná předloha.

Ještě větší prostor mohou nabídnout enzymy. Ty fungují jako molekulární katalyzátory a umožňují chemické reakce, které by bez nich probíhaly pomalu nebo by vyžadovaly vysoké teploty, tlak či agresivní chemikálie. AI řízený de novo design se proto zkoumá jako cesta k enzymům s novými katalytickými funkcemi, vyšší stabilitou nebo vlastnostmi přizpůsobenými průmyslové výrobě. Potenciální využití sahá od farmacie přes výrobu chemikálií až po ekologičtější průmyslové procesy.

Další oblastí jsou biosenzory, které by dokázaly zachytit přesně vybranou látku, nové biomateriály nebo syntetické biologické systémy. Proteinový design je například jedním z nástrojů, s nimiž se počítá při konstrukci syntetických buněk, kde vědci potřebují sestavit funkce, které v žádném existujícím organismu nenajdou v požadované podobě.

Rozdíl oproti klasické biologii je zásadní. Po většinu historie jsme hledali, co už příroda vyrobila, a následně se to snažili využít nebo upravit. De novo design směřuje k opačnému postupu: nejprve řekneme, co má molekula dělat, a potom se pokusíme vytvořit protein, který tento úkol splní.

AI tím ale zatím nevytvořila novou formu života

Právě zde je zároveň hranice mezi skutečným výsledkem studie a tím, kam může technologie jednou dojít.

PottsMPNN není stroj, do kterého vědec zadá „vytvoř lék na rakovinu“ a za chvíli z něj vypadne hotový protein. Nová práce především ukazuje lepší způsob, jak navrhovat sekvence pro dané struktury a jak hodnotit jejich energetické vlastnosti. Autoři sami mluví o posunu směrem k užitečným „new-to-nature“ proteinům, nikoli o jejich automatickém vytváření pro libovolnou funkci.

Počítačový návrh navíc není konečným důkazem, že molekula bude fungovat. Kandidátní protein je potřeba syntetizovat a experimentálně ověřit, zda se opravdu správně složí, zda je dostatečně stabilní, zda vykonává požadovanou funkci a zda se v reálném biologickém prostředí nechová úplně jinak, než předpokládal model. Právě laboratorní validace a následná optimalizace zůstávají jednou z hlavních překážek mezi rychle se rozvíjejícím de novo designem a jeho širším využitím například v medicíně.

To ale na významu nové práce příliš neubírá. Pokud hodnotíme umělou inteligenci podle toho, jak přesně dokáže zopakovat odpovědi nalezené evolucí, můžeme ji nevědomky držet právě v prostoru, který už příroda prozkoumala.

Biologie se může změnit z objevování na navrhování

Po miliardy let byla evoluce jediným konstruktérem proteinů na Zemi. Člověk je nejprve pouze pozoroval, později je začal izolovat, vyrábět, upravovat a cíleně měnit. Teď se postupně objevuje další možnost: navrhnout molekulární nástroj bez toho, aby jeho základ musel pocházet z něčeho, co už někdy žilo.

Přírodní proteiny mohou být jen jednotlivými ostrovy v téměř nepředstavitelně rozsáhlém oceánu možných sekvencí. Evoluce objevila ty, ke kterým vedla schůdná cesta přes přeživší organismy a jejich předky. Umělá inteligence může některé z těchto historických hranic přeskočit a hledat přímo tam, kam se evoluce nikdy nedostala.

Pokud se tento přístup osvědčí, nemusí být největší změnou skutečnost, že počítače vytvoří několik zvláštních proteinů. Mnohem zásadnější bude změna samotné otázky, kterou biologii klademe.

Doposud jsme se většinou ptali: Co příroda umí a jak toho můžeme využít?

Jednou se možná budeme stále častěji ptát: Co potřebujeme, aby uměla?

MOHLO BY SE VÁM TAKÉ LÍBIT

AI byla naučená hledat krátery na Marsu. Na dně pozemských oceánů teď odhalila 73 neznámých kalder

Proč se zdá, že vám AI rozumí víc než blízcí. A proč to může být nebezpečné

Jak umělá inteligence mění dětské myšlení: hrozba pro mozek, nebo užitečný nástroj? A jak na to jít správně

^{Zdroje: Kód Enigma [}¹^{], Proceedings of the National Academy of Sciences – Beyond native sequence recovery: Improved modeling of the sequence-energy landscape of protein structures [}²^{], MIT News – Looking beyond natural sequences [}³^{], Nature Reviews Bioengineering – AI-driven protein design [}⁴^{], Biotechnology Advances – AI-driven de novo enzyme design: Strategies, applications, and future prospects [}⁵^]

Reklama

Další články z Kód Enigma

Zákeřná mikrobiální strategie: Houba se nechá imunitní buňkou polknout. Potom ji doslova sežere zevnitř a nakonec roztrhne, aby unikla

Co o vašem zdraví skutečně prozradí plynatost? Intenzita, zápach i náhlá změna mají svůj význam

Plynatost je jedna z nejběžnějších tělesných funkcí – a zároveň jedna z nejméně diskutovaných. Přitom jde o...

Kolo není geniální vynález, jak nás učili ve škole. Nový výzkum odhaluje překvapivý původ

Kolo patří mezi nejikoničtější lidské vynálezy. Symbol pokroku, technické geniality a civilizačního skoku....

Grand Canyonu „chybí“ více než miliarda let. Vědci možná našli krajinu, která ji vymazala

Grand Canyon bývá popisován jako jedna z největších otevřených knih historie Země. Stačí sestupovat od jeho...

Římané po sobě nezanechali lodní deník. Loď si ho 2200 let nesla ve vrstvách dehtu

Když se římská obchodní loď někdy kolem roku 170 př. n. l. potopila u dnešního chorvatského ostrova Ilovik,...

Tento článek byl publikován ze zdrojů Kód Enigma

KodEnigma.cz se věnuje zajímavostem napříč obory – od přírody a historie přes vědu, vesmír až po záhady a nečekané objevy. Články otevírají témata, která dokážou překvapit, inspirovat i přimět k zamyšlení. Silnou stránkou webu je pestrost – jednou narazíte na příběhy dávných civilizací, jindy na...

Všechny články tohoto autora →

Další články z kategorie Trendy

Zobrazit více

Zajímavosti IT a technologie Trendy

Vybrali jsme pro vás Magazíny a zajímavosti

Světový luxus na vašem stole: Sady z křišťálového skla ZWIESEL GLAS vás překvapí svou hodnotou

Zařizujete si domácnost, vyklízíte sekretář po prarodičích, nebo prostě jen přemýšlíte, za kolik by se dalo...

VědaŽivě.cz

dnes, 15:09

2 min

Cestování Čechů se mění. Chtějí pohodlí na letišti i jednoduché platby v zahraničí

Cestování se mění a spolu s ním i očekávání cestujících. Jak dokazují data platebních společností, vedle...

Trade-off

dnes, 15:08

2 min

Pohádka o deštníku, který odmítal chránit před deštěm, protože chtěl jednou létat

V městečku Mrholín pršelo často. Ne pořád. To by bylo neslušné i na městečko jménem Mrholín. Ale pršelo tam...

Pohádky bez konce

dnes, 15:05

12 min

Nová ledová plocha a lepší chlazení. Přerov plánuje modernizaci zimního stadionu

Nové plochy pro letní sporty a celkové modernizace ledové plochy a chladicího zařízení se dočká přerovský...

Hanácká Drbna

dnes, 15:03

1 min

Databáze sleduje přístupnost škol, úplně bez bariér jich je pouhý zlomek

Rodičům dětí s handicapem pomůže s výběrem školy nová databáze. Ucelený přehled o tom, jak na tom které...

Plzeňská Drbna

dnes, 15:01

2 min

Reklama

CENTRUM o páté: Zhubnout bez zázraků? Diety slibují hodně, sportovci ukazují realitu a slavné tváře slaví

Nedělní Centrum o páté se točí kolem těla – toho, co dokáže, jak o něj pečujeme a jak se na něj díváme. Od...

Be Native extra

dnes, 15:00

3 min

Infarkt nepřijde z ničeho. U 99 % pacientů ho roky předem prozrazovaly čtyři krevní hodnoty, které lékaři přehlíželi

Rozsáhlá analýza publikovaná v Journal of the American College of Cardiology prozkoumala zdravotní záznamy...

VědaŽivě.cz

dnes, 15:00

5 min

V Austrálii objevili tvora s děsivými zuby. Dostal přezdívku veganský Drákula

Na písčitém ostrově v australském Queenslandu vědci našli podivné stvoření. Má kruhovitou tlamu plnou...

NESPECHEJ.cz

dnes, 15:00

4 min

PIN ke kartě má jen 4 číslice, i když by mohl mít 12. Za kuriózním důvodem stojí manželka vynálezce, která si více nezapamatovala

Globální bezpečnostní standard, který denně používáme, se zrodil u kuchyňského stolu v Británii šedesátých...

Mobify.cz

dnes, 14:58

4 min

Kam se poděla Eva Čížkovská alias striptérka Ála? Vypadá skvěle i po šedesátce a věnuje se překvapivému oboru

Herečka Eva Čížkovská se proslavila jako striptérka z Discopříběhu a servírka z Hospody. Dnes se věnuje...

ReadZone

dnes, 14:57

2 min

Reklama

Jurásek bude trpět. Hušbauer popsal, že cítil nenávist z každého koutu stadionu

Matěj Jurásek v neděli 30. srpna nastoupil na Letné k derby proti Slavii jako bývalý slávista, kterému...

SportyŽivě

dnes, 14:57

3 min

Slovan zvládl dlouhou přesilovku, Hradec doma U Nisy porazil 2:0

Liberečtí fotbalisté v šestém ligovém kole přivítali neoblíbeného soupeře z Hradce, který z Liberce v...

Liberecká Drbna

dnes, 14:54

1 min

Zapomeňte na banány. Tohle lahodné ovoce má o 1/3 více draslíku a snižuje riziko infarktu o 21 %

Draslík si většina lidí spojuje s banánem, realita je ale jiná. Existuje plod s výrazně vyšším obsahem...

FAJNTIP.cz

dnes, 14:30

4 min

Ruská vejce na pařížském salátu: Retro lahůdka s krémovým přelivem

Připravte si poctivá domácí ruská vejce na pařížském salátu! Skvělý recept se třemi druhy salámu, sýrem a...

Cooky.cz

dnes, 14:29

3 min

Slzy a strach ze setkání: Ornella Koktová promluvila o usmíření se sestrou Charlotte

Ornella Koktová (33) a její sestra Charlotte Stefan Štiková (30) měly mezi sebou dlouhodobě dost napjaté...

Aplausin.cz

dnes, 14:23

2 min

Reklama

Nejen sankce proti Rusku. Koho dalšího ve světě EU trestá a jak to funguje?

Evropská unie v létě schválila už 21. balík sankcí proti Rusku. Nová opatření míří na energetiku, finance,...

Aktuálně.cz - Zprávy

dnes, 14:23

Klasická skříň vám každý den krade půl metru podlahy. Řešení z poválečné éry stojí o desítky tisíc míň a zabere míň místa

Princip, na kterém stojí, má překvapivě hluboké kořeny. Už v roce 1945 navrhl francouzský designér Jean...

Chalupáři-Zahrádkáři

dnes, 14:19

3 min

Discopříběh 2: Scéna porodu krátce po potratu a do natáčení negativně zasáhla amnestie Václava Havla

Volné pokračování komedie Discopříběh 2 bojovalo s neústupnými trestanci v ulicích Plzně. Během natáčení...

V Telce

dnes, 14:10

3 min

Horší frašku tenis nezažil. Bezprecedentní chaos měl hned dvě šokující rozuzlení

Svět tenisu si připomíná zápas, který v pomyslném žebříčku nejšílenějších duelů historie grandslamového US...

Aktuálně.cz - Sport

dnes, 14:07

Zvoní? Pokud ano, můžete za nenápadný zvoneček z babiččiny pozůstalosti dostat několik tisíc

Při vyklízení starých hospodářských stavení, venkovských chalup nebo půdních prostor narazíme velmi často...

VědaŽivě.cz

dnes, 14:07

2 min

Reklama

Jason Statham řeší Vzpouru po svém. Akční béčko na tankeru by v devadesátkách bylo hitem

Nebe je modré, globální oteplování pokračuje a Jason Statham i krátce před šedesátkou sype kulky do...

Kinobox.cz

dnes, 14:05

4 min

Hladina v indické studni se vlní bez přestání, sousední studny zůstávají klidné. Klíčem může být vzduch uvězněný v hornině

Farmář Pranjivan Sadarija vyhloubil studnu tři měsíce před monzunem. 2. srpna se hladina rozvlnila, a od té...

VědaŽivě.cz

dnes, 14:00

4 min

Vyšší Brod a rakouský Reichenthal propojila cyklotrasa, vede přes historický přechod

Město Vyšší Brod na Českokrumlovsku a rakouský městys Reichenthal vybudovaly čtyřkilometrovou přeshraniční...

Budějcká Drbna

dnes, 14:00

1 min

KVÍZ: Houbařská sezona se blíží. Než vyrazíte do lesa, otestujte své znalosti

Houbaři již brzy budou mít své pré. Lesy zanedlouho zaplní hřiby, bedlami, liškami i dalšími chutnými...

Brněnská Drbna

dnes, 14:00

1 min

Na celou Evropu se řítí extrémní zima. Meteorologická anomálie zasáhne celé Česko

Fenomén El Niño letos dosahuje rekordní síly a může přinést nezvykle teplou zimu. V jejím průběhu by ale...

NESPECHEJ.cz

dnes, 14:00

3 min

Reklama

Cizinec nepřežil nehodu osobního auta, vyletěl ze silnice a narazil do stromu

Černý víkend na silnicích v Plzeňském kraji má další oběť. Na silnici u Horšovského Týna zahynul cizinec,...

Plzeňská Drbna

dnes, 13:50

1 min

Dostal druhou šanci na oddlužení a znovu ji ignoruje. Godla si nepřebírá ani předvolání k soudu

Zdeněk Godla a jeho manželka Jana mají za pár dní stanout před soudkyní Krajského soudu v Ústí nad Labem....

VIPživot.cz

dnes, 13:49

3 min

U Severního Kypru se převrhla loď s asi 270 lidmi na palubě, nejméně šest jich zemřelo

U pobřeží Severního Kypru se převrhla výletní loď s přibližně 270 lidmi na palubě. Podle tamních úřadů...

Aktuálně.cz - Zprávy

dnes, 13:45

Tajná svatba s doktorem: Taťána Kuchařová se v tichosti vdala na zámku!

Modelka Taťána Kuchařová všem připravila pořádné překvapení. V tichosti se totiž podle informací Expres.cz...

Aplausin.cz

dnes, 13:38

2 min

Všeobecný kvíz podle pořadu Na lovu: Kdo si poradí s 10 otázkami, ten by porazil i Doktora Vševěda

Pro fanoušky vědomostní soutěže Na lovu na TV Nova tu máme kvíz. Zadání zní jednoduše: zkuste přehrát...

In-lifestyle.cz

dnes, 13:38

2 min

Reklama

V řecké mytologii jsou synonymem krásy a půvabu. Tři Grácie vás uhranou

V dějinách umění jsou tyto tři ženy opakovaně zobrazovány v dílech velkých umělců. Od řecké mytologie až po...

NESPECHEJ.cz

dnes, 13:30

3 min

Natascha Kampuschová strávila ve sklepě únosce 3096 dní. Z podzemní kobky unikla díky obyčejnému vysavači

Natascha Kampuschová strávila osm let v podzemní kobce pod garáží svého únosce. Dnes otevřeně popisuje...

kroniQa

dnes, 13:28

3 min

Kdo je kdo: Neckář nebyl první volbou, původně měl hrát Gott. Pozorní diváci objeví i další osobní narážky

Komedie Kdo je kdo měla původně patřit jiné hudební hvězdě. Tvůrci nakonec obsadili Václava Neckáře a do...

V Telce

dnes, 13:28

3 min

Osm nezletilých bylo pod vlivem alkoholu. Sedmnáctiletému naměřili 2,56 promile

Policisté v Havlíčkově Brodě v pátek 28. srpna ve večerních a nočních hodinách kontrolovali, zda osoby...

Jihlavská Drbna

dnes, 13:28

1 min

Třetina má 20 minut. Randy Holt v ní dostal 67 trestných. Jak je to vůbec možné?

Hokejová třetina trvá dvacet minut. Randy Holt během jedné takové třetiny dostal 67 trestných minut. Ne za...

Vše o sportu

dnes, 13:22

3 min

Reklama

Uzený plátek s česnekovou omáčkou a hrnkovým knedlíkem pro milovníky výrazných chutí

Když jsem tuhle omáčku dělala poprvé, ani mě nenapadlo, jak silnou vzpomínku vyvolá u stolu. Přítel po...

Cooky.cz

dnes, 13:22

5 min

Zamrazit cuketu umí každý, ale 90 % lidí vynechá jeden krok a po rozmrazení jim zbude vodnatá kaše. Správný postup má čtyři varianty

Abyste si recepty z cukety mohli dopřávat i uprostřed zimy, pak tuto chutnou zeleninu zamrazte. Se správným...

Chalupáři-Zahrádkáři

dnes, 13:20

2 min

Taťána Kuchařová se znovu vdala. Nového Ondřeje dokázala před veřejností utajit až do svatby

Taťána Kuchařová dokázala něco, co se v českém showbyznysu daří jen málokomu. Několik let po bouřlivém...

Žena.cz

dnes, 13:09

Horníček svými zákroky ohromil Premier League. Vynuloval Tottenham s Kinským v brance

Český brankář Newcastle udržel v Londýně čisté konto proti Tottenhamu a položil základ výhry 2:0, přitom...

SportyŽivě

dnes, 13:09

3 min

Posila Sparty z Premier League vyhořela. Rosický poslal Australana Kuola do Jablonce

Dvacet devět zápasů, jeden gól, tři asistence a převážně pohled z lavičky. Garang Kuol po roce ve Spartě...

SportyŽivě

dnes, 13:06

3 min

Reklama

Doporučujeme

Právě u nás vyšlo

Taťána Kuchařová se znovu vdala. Nového Ondřeje dokázala před veřejností utajit až do svatby

Nejen sankce proti Rusku. Koho dalšího ve světě EU trestá a jak to funguje?

Dechberoucí. Česká juniorka je královnou planety, zvedla rekordních 620 kilogramů

Jmenuje se Vojtková a zpívá jako Kubišová. Dcera Sabiny Laurinové a frontmana Kabátů překvapila i profíky

Co o vašem zdraví skutečně prozradí plynatost? Intenzita, zápach i náhlá změna mají svůj význam

Zobrazit více

Reklama