الذكاء الاصطناعي

تصميم بروتينات إنزيمية بالذكاء الاصطناعي لتفكيك بروتينات مرتبطة بأمراض عصبية

استخدم باحثون من فريق David Baker في جامعة واشنطن أدوات تصميم البروتين بالذكاء الاصطناعي لبناء بروتيازات قادرة على قطع سلاسل بروتينية محددة، بما في ذلك أهداف مرتبطة بمرض ألزهايمر والخرف الجبهي الصدغي. أظهرت التصميمات نشاطاً قابلاً للقياس وتحسناً كبيراً بعد إدخال طفرات محسّنة، لكنها لا تزال أقل كفاءة من الإنزيمات الطبيعية وتواجه عقبات كبيرة قبل أي استخدام علاجي.

14 أكتوبر 2026
4 دقائق قراءة
8 قراءة
فريق تحرير certi.news
تصميم بروتينات إنزيمية بالذكاء الاصطناعي لتفكيك بروتينات مرتبطة بأمراض عصبية

طوّر باحثون، معظمهم من مختبر الحائز على نوبل David Baker في جامعة واشنطن، بروتينات إنزيمية مصممة بالذكاء الاصطناعي تستطيع قطع روابط الببتيد في بروتينات أخرى. ويعتمد العمل على أدوات مثل RFdiffusion2 وProteinMPNN، وقد أظهر أن هذه النماذج تستطيع بناء هياكل تضع الأحماض الأمينية المحفزة قرب تسلسل مستهدف، حتى عندما لا يكون التصميم مشابهاً لبروتينات معروفة في قواعد البيانات.

تتمتع الروابط الببتيدية بثبات كيميائي كبير؛ إذ قد يستغرق تفككها تلقائياً في الماء مئات السنين. وتستخدم الكائنات الحية إنزيمات البروتياز لتسريع هذه العملية. ركز الباحثون على آليتين: بروتياز يعتمد على الزنك، وبروتياز يعتمد على الحمض الأميني سيستين. وفي الحالتين، كان التحدي هو ترتيب عدد صغير من الأحماض الأمينية بدقة داخل مركز تحفيزي قادر على مهاجمة الرابطة المستهدفة.

كيف بُنيت الإنزيمات المصممة؟

بدأ الفريق من بنيتين معروفتين: بروتياز زنك من الجهاز الهضمي لجراد البحر، وبروتياز سيستين من الخميرة. استُخدمت RFdiffusion2 لإنشاء العمود الفقري للبروتين مع فرض قيود تضمن تقريب الأحماض الأمينية المحفزة من بعضها ومن التسلسل الذي يراد قطعه. بعد ذلك ملأت ProteinMPNN العمود الفقري بأحماض أمينية متوافقة مع الطي البنيوي وموقع التحفيز والتفاعل مع الهدف.

صمم الباحثون 12 عموداً فقرياً و69 مجموعة من الأحماض الأمينية لمشروع بروتياز السيستين، بينما جُرّب 135 تصميماً في مشروع بروتياز الزنك. واستخدموا AlphaFold3 للتنبؤ ببنى عدد من التصميمات، ولم يجدوا في قواعد البيانات بروتينات مشابهة بدرجة تشير إلى أن الأدوات أعادت استخدام بنى معروفة ببساطة.

نشاط قابل للقياس مع فجوة عن الإنزيمات الطبيعية

اختبر الفريق التصميمات داخل بروتين طويل يجمع البروتياز والتسلسل المستهدف وبروتيناً فلورياً، بحيث يكشف القطع عن نجاح التفاعل. نجح 13 تصميماً من بروتياز السيستين، أي 19% من الاختبارات، لكن نشاطها كان أقل بكثير من إنزيم الخميرة المرجعي.

في تصميمات بروتياز الزنك التي لم تضع جزيء الماء الضروري للتفاعل كقيد صريح، أظهر 14 من أصل 89 نشاطاً تحفيزياً ضعيفاً. وأوضح تحليل التصميمات الفاشلة أن جزيء ماء كان يشغل أحياناً الموضع الذي يحتاج إليه التفاعل. وعند تضمين موضع الماء في التصميم، ارتفع النجاح إلى 35 من أصل 38 تصميماً، مع بقاء النشاط دون مستوى الإنزيم الطبيعي في معظم الحالات.

حسّن الباحثون بعض التصميمات عبر تبديل أحماض أمينية قريبة من الموقع النشط لكنها لا تشارك مباشرة في التحفيز. أدى أفضل تعديل في أحد المشاريع إلى تسريع قطع الرابطة الببتيدية بمقدار 109 مرة مع الحفاظ على خصوصية عالية للتسلسل المستهدف. كما كان الإصدار الثاني من بروتياز الزنك أكثر نشاطاً 30 مرة من التصميم الأصلي، وسرّع التفاعل بمقدار 1010 مرات.

ماذا يعني ذلك للتطبيقات الطبية؟

صمم الباحثون في تجربة نهائية بروتيازات زنك تستهدف بروتينات مرتبطة بألزهايمر والخرف الجبهي الصدغي، وتمكن أحدها من قطع الهدف المقصود داخل الخلايا. لكن تعديل تصميم قائم لاستهداف تسلسل جديد لم ينجح جيداً، ما دفع الفريق إلى إعادة عملية التصميم من البداية.

توضح النتائج إمكان استخدام هذه المنهجية لاستهداف بروتينات غير طبيعية مرتبطة ببعض الأمراض، لكنها لا تمثل علاجاً جاهزاً. فإيصال البروتينات إلى الموضع المناسب صعب، وقد تثير استجابة مناعية. وإذا كان الهدف داخل الخلية، فقد يلزم إيصال الجين الذي يشفّر البروتياز إلى الخلايا المعنية، وهو تحد إضافي.

حدود التصميم بالذكاء الاصطناعي

تُظهر التجارب أن أدوات التصميم الحالية جيدة في تحقيق القيود الهندسية والبنيوية: طي البروتين بالشكل المطلوب، وتقريب الأحماض الأمينية المحفزة، والارتباط بتسلسل محدد. لكنها لا تضمن وحدها التفاصيل الدقيقة اللازمة لنشاط إنزيمي مرتفع. فقد كانت بعض التصميمات صحيحة بنيوياً تقريباً لكنها ضعيفة التفاعل، ثم حسّنت طفرات صغيرة نشاطها بصورة كبيرة.

القراءة الأهم هنا أن تصميم البروتين بالذكاء الاصطناعي تجاوز مرحلة اقتراح هياكل نظرية إلى إنتاج إنزيمات تعمل فعلياً على أهداف محددة، لكن الفجوة بين البنية والنشاط والتوصيل داخل الجسم ما تزال تحد من الانتقال إلى التطبيقات العلاجية. نُشرت النتائج في دورية Nature تحت المعرفين الرقميين 10.1038/s41586-026-11143-w و10.1038/s41586-026-11167-2.

مصدر الخبر
كيف أعددنا هذا الخبر؟

اعتمد الخبر على المصدر الأصلي الموضح أعلاه. قد نستخدم أدوات آلية للمساعدة في الاستخراج والتصنيف والصياغة، لكن النشر يخضع لقواعد تمنع المحتوى المكرر والقصير أو الروتيني منخفض القيمة. اقرأ سياستنا التحريرية.

ف
كاتب المقال

فريق تحرير certi.news

فريق الأخبار التقنية

يتابع الفريق مصادر تقنية معلنة ويعيد بناء الأخبار بالعربية مع التركيز على السياق والفائدة، وتخضع المواد لقواعد جودة تمنع التكرار والمحتوى الروتيني منخفض القيمة.

ما الذي تحتاج معرفته

استخدم باحثون من جامعة واشنطن أدوات تصميم البروتين بالذكاء الاصطناعي لبناء بروتيازات مصممة لقطع سلاسل بروتينية محددة، بما في ذلك أهداف مرتبطة بألزهايمر والخرف الجبهي الصدغي. أظهرت البروتينات نشاطاً داخل الخلايا، لكنها ما تزال أقل كفاءة من الإنزيمات الطبيعية وتواجه تحديات كبيرة في التوصيل والسلامة قبل أي استخدام علاجي.

  • اعتمد الفريق على RFdiffusion2 وProteinMPNN لتصميم هياكل وبنى بروتينية تحتوي على مواقع تحفيزية موجهة إلى تسلسلات محددة.
  • استخدم الباحثون AlphaFold3 للتنبؤ ببنى بعض التصميمات، ولم يجدوا تشابهاً واضحاً مع بروتينات معروفة في قواعد البيانات.
  • أظهرت تصميمات بروتياز السيستين وبروتياز الزنك نشاطاً قابلاً للقياس، وتحسن نجاح بروتياز الزنك كثيراً عند تضمين موضع جزيء الماء الضروري للتفاعل.
  • أدت طفرات صغيرة قرب المواقع النشطة إلى زيادات كبيرة في سرعة التفاعل، مع الحفاظ على خصوصية مرتفعة لبعض الأهداف.
  • تمكن أحد بروتيازات الزنك من قطع هدف مرتبط بألزهايمر أو الخرف الجبهي الصدغي داخل الخلايا.
  • لا تزال التطبيقات العلاجية بعيدة بسبب ضعف الكفاءة مقارنة بالإنزيمات الطبيعية، وصعوبة إيصال البروتين أو الجين إلى الخلايا، واحتمال حدوث استجابة مناعية.

أسئلة شائعة

ما الأدوات المستخدمة في تصميم البروتينات؟

استخدم الباحثون RFdiffusion2 لإنشاء العمود الفقري للبروتين، وProteinMPNN لملء العمود الفقري بأحماض أمينية مناسبة، وAlphaFold3 للتنبؤ ببنى بعض التصميمات.

ما أنواع البروتيازات التي صممها الفريق؟

ركز الفريق على بروتياز يعتمد على الزنك وبروتياز يعتمد على الحمض الأميني سيستين.

هل أصبحت هذه البروتينات علاجاً جاهزاً؟

لا. أظهرت النتائج نشاطاً داخل الخلايا، لكن الكفاءة والتوصيل واحتمال الاستجابة المناعية ما تزال عقبات كبيرة أمام الاستخدام العلاجي.

ما الأمراض المرتبطة بالأهداف التي استُهدفت؟

استهدفت التجارب بروتينات مرتبطة بمرض ألزهايمر والخرف الجبهي الصدغي.

من نفس التصنيف

مقالات قد تهمك

عرض كل الأخبار