الذكاء الاصطناعي يكشف لغزًا طويل الأمد وراء مرضي الزهايمر وباركنسون

كشفت أداة جديدة للذكاء الاصطناعي عن كيفية تحول البروتينات المرتبطة بالأمراض إلى هياكل ضارة، وهو تقدم رئيسي في فهم الاضطرابات العصبية التنكسية مثل الزهايمر وباركنسون.

تقدم الدراسة، التي قادها مينجتشين تشين من مختبر تشانجبينج وبيتر وولينيس من جامعة رايس، RibbonFold، وهي طريقة حسابية جديدة قادرة على التنبؤ ببنية الأميلويدات، وهي ألياف طويلة ملتوية تتراكم في أدمغة المرضى الذين يعانون من التدهور العصبي.

نُشرت الدراسة في مجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.

تم تصميم RibbonFold بشكل فريد لمعالجة الهياكل المعقدة والمتغيرة للبروتينات المطوية بشكل غير صحيح بدلاً من البروتينات الوظيفية.

قال وولينس: "لقد أظهرنا كيف يُمكن تقييد شفرات طيّ الذكاء الاصطناعي من خلال دمج فهم فيزيائي لطبيعة طاقة لييفات الأميلويد للتنبؤ ببنيتها".

وأضاف: "يتفوق ريبون فولد على أدوات التنبؤ الأخرى القائمة على الذكاء الاصطناعي، مثل ألفا فولد، والتي دُرِّبت فقط للتنبؤ ببنيات البروتينات الكروية المطوية بشكل صحيح".

يعتمد نموذج RibbonFold على التطورات الحديثة في مجال التنبؤ ببنية البروتين المُدار بالذكاء الاصطناعي.

بخلاف أدوات مثل AlphaFold2 وAlphaFold3، المُدرَّبة على بروتينات كروية سليمة السلوك، يتضمن RibbonFold قيودًا مُلائمة لالتقاط خصائص لييفات الأميلويد الشبيهة بالشرائط.

درَّب الباحثون النموذج باستخدام بيانات هيكلية مُتاحة عن لييفات الأميلويد، ثم تحققوا من صحته مقارنةً بهياكل ليفية أخرى معروفة تم استبعادها عمدًا من التدريب.

أظهرت نتائجهم تفوقَ برنامج RibbonFold على أدوات الذكاء الاصطناعي الحالية في هذا المجال المتخصص، وكشفَت عن فروقٍ دقيقةٍ أُغفِلت سابقًا في كيفية تكوّن الأميلويدات وتطورها في الجسم.

الأهم من ذلك، يُشير هذا إلى أن الألياف قد تبدأ في شكلٍ هيكليٍّ واحد، ولكنها قد تتحول إلى تكويناتٍ أكثر صعوبةً مع مرور الوقت، مما يُسهم في تطور المرض.

قال وولينز: "يمكن للبروتينات المشوهة أن تتخذ هياكل مختلفة ومتنوعة.

تُظهر طريقتنا أن الأشكال المتعددة المستقرة ستتفوق على الأرجح بمرور الوقت لكونها أقل قابلية للذوبان من الأشكال الأخرى، مما يُفسر تأخر ظهور الأعراض.

​​قد تُغير هذه الفكرة نهج الباحثين في علاج الأمراض العصبية التنكسية".

تطوير الأدوية

إن نجاح RibbonFold في التنبؤ بالتنوعات الشكلية للبروتينات النشوية قد يشكل نقطة تحول في كيفية تعامل العلماء مع الأمراض العصبية التنكسية.

يُقدم ريبون فولد طريقةً دقيقةً وقابلةً للتطوير لتحليل بنية التجمعات البروتينية الضارة، ويفتح آفاقًا جديدةً لتطوير الأدوية . يستطيع الباحثون الصيدلانيون الآن تحديد تصميم الأدوية بدقةٍ أكبر من خلال الارتباط بهياكل الألياف الأكثر ارتباطًا بالأمراض.

وقال تشين، المؤلف المشارك في الدراسة: "هذا العمل لا يفسر مشكلة طويلة الأمد فحسب، بل يزودنا أيضًا بالأدوات اللازمة لدراسة والتدخل بشكل منهجي في واحدة من أكثر العمليات تدميراً في الحياة".

بعيدًا عن الطب، تُقدم هذه النتائج رؤىً ثاقبة حول عملية تجميع البروتينات ذاتيًا، والتي قد تؤثر على المواد الحيوية الاصطناعية.

إضافةً إلى ذلك، تُحل الدراسة لغزًا بالغ الأهمية في علم الأحياء البنيوي : لماذا يُمكن للبروتينات المتطابقة أن تتطور إلى أشكال مُتعددة مُسببة للأمراض.

وقال وولينس: "إن القدرة على التنبؤ بشكل متعدد الأشكال النشوية بكفاءة قد تساعد في تحقيق اختراقات مستقبلية في منع تراكم البروتين الضار، وهي خطوة حاسمة نحو معالجة بعض التحديات العصبية التنكسية الأكثر إلحاحًا في العالم".