Proteinfaltungsproblem: DeepMind löst 50 Jahre altes Forschungsrätsel

Schon 1994 fand der erste sogenannte CASP-Wettbewerb statt. Die Aufgabe für die teilnehmenden Teams erscheint auf den ersten Blick recht simpel: Sie bekommen 100 Aminosäuresequenzen vorgelegt und sollen dann die dreidimensionale Struktur des Proteins bestimmen. Was einfach klingt, erwies sich in der Praxis als durchaus harter Brocken. Denn die Teams wurden im Laufe des alle zwei Jahre stattfindenden Wettbewerbs zwar kontinuierlich besser bei ihren Prognosen. Letztlich musste die Wissenschaft aber auch weiterhin auf langwierige und teure experimentelle Verfahren setzen, um die tatsächliche Struktur zu ermitteln. Ausgerechnet in diesem Jahr scheint nun aber ein Durchbruch gelungen zu sein. Denn eines der Teams konnte bei 70 der 100 Aminosäuresequenzen die korrekte dreidimensionale Form vorhersagen. Verglichen mit den vorherigen Bestwerten stellt dies einen Quantensprung dar.

DeepMind hat sich bisher eher mit trivialen Problemen beschäftigt

Hinter diesem Erfolg steckt eine weltweit bekannte Firma. Denn zum Einsatz kam ein eigens entwickeltes Programm namens AlphaFold. Dahinter wiederum steckt das von Google geführte Projekt DeepMind. Schlagzeilen machten die KI-Experten zuvor unter anderem mit der Software AlphaGo, der es zur Überraschung der Fachwelt gelang, die weltbesten Spieler im asiatischen Brettspiel Go zu schlagen. Später wurde auf dieser Basis auch das aktuell beste Schachprogramm der Welt entwickelt. Beides waren durchaus beeindruckende technologische Leistungen. Der Nutzen für die Allgemeinheit hielt sich allerdings in Grenzen. Die Projekte von DeepMind wurden daher teilweise als ganz hübsche Spielerei abgetan. Umso zufriedener ist man bei dem Unternehmen nun, dass man offensichtlich ein Rätsel lösen konnte, an dem die Wissenschaft seit mehr als fünfzig Jahren arbeitet. Zahlreiche Forschungsarbeiten dürften dadurch zukünftig deutlich einfacher werden.

Die Struktur von Proteinen ist für die Forschung von Bedeutung

Verdeutlichen lässt sich dies am Beispiel des neuartigen Coronavirus. Denn dieses verfügt über ein markantes und für die Ausbreitung entscheidendes Spike-Protein an der Spitze. Genutzt wird diese überraschend bewegliche Einheit unter anderem, um an Rezeptoren auf der Oberfläche menschlicher Zellen anzudocken. Experten sehen darin ein Geheimnis hinter der schnellen und globalen Ausbreitung des Virus. Je mehr man nun über den Aufbau und die Struktur eines solchen Proteins weiß, desto schneller können Strategien zur Abwehr entwickelt werden. Bisher müssen Forscher dazu auf Techniken wie die Cryo-Elektronen-Tomografie oder die multidimensionale NMR-Spektroskopie zurückgreifen. Diese Verfahren sind aber aufwändig und nehmen viel Zeit in Anspruch. Zukünftig könnte es hingegen ausreichen, die Software mit der entsprechenden Aminosäuresequenz zu füttern, um die gewünschten Informationen zu erhalten.

Via: DeepMind