AI mô phỏng tiến hóa 500 triệu năm để tạo ra protein mới

Các nhà khoa học lại một lần nữa tạo nên kỳ tích trong lĩnh vực mô phỏng máy tính, lần này không phải để tái tạo khủng long như trong “Công viên kỷ Jura”, mà là để tạo ra những protein hoàn toàn mới thông qua việc mô phỏng 500 triệu năm tiến hóa.

Dự án đột phá này được thực hiện bởi nhóm các nhà nghiên cứu tại EvolutionaryScale và Arc Institute. Họ đã phát triển một mô hình AI mang tên ESM3, có khả năng mô phỏng tiến hóa để tổng hợp các protein mới. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Science.

Mô hình AI mô phỏng tiến hóa như thế nào?

Mô hình ESM3 hoạt động tương tự như các mô hình ngôn ngữ sinh tạo, ví dụ như ChatGPT. Để mô phỏng tiến hóa, các nhà khoa học đã “dạy” ESM3 bằng cách cung cấp một lượng dữ liệu khổng lồ, bao gồm:

• 3,15 tỷ chuỗi protein
• 236 triệu cấu trúc protein
• 539 triệu chú thích protein

Tổng cộng, ESM3 đã được “nuôi dưỡng” bằng hơn 771 tỷ mã lệnh, tương đương với dữ liệu về 500 triệu năm tiến hóa. Mô hình này bắt đầu từ các đoạn mã protein cơ bản và dần “tiến hóa” để tạo ra các chuỗi gen hoàn toàn mới.

Protein đầu tiên mà ESM3 tạo ra có tên esmGFP, một loại protein phát sáng với trình tự gen chưa từng được biết đến trước đây. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng các kỹ thuật tổng hợp protein tiêu chuẩn để hiện thực hóa nó trong thế giới thực.

Ứng dụng của protein nhân tạo

Thành công trong việc tạo ra esmGFP mở ra nhiều cơ hội lớn trong nghiên cứu khoa học. Cụ thể, các protein nhân tạo có thể:

1. Hỗ trợ nghiên cứu sinh học cơ bản: Giúp hiểu rõ hơn về cấu trúc và chức năng của protein.
2. Ứng dụng y học: Phát triển các loại thuốc mới hoặc liệu pháp điều trị bằng protein.
3. Nghiên cứu môi trường: Giải quyết các vấn đề môi trường bằng cách phát triển các enzyme nhân tạo để phân hủy chất thải.

Tương lai của AI trong nghiên cứu tiến hóa

Ngoài việc tạo ra các protein mới, mô hình ESM3 và các mô hình tương tự có tiềm năng lớn trong các lĩnh vực khác, chẳng hạn như nghiên cứu tiến hóa của con người hoặc khám phá các ứng dụng công nghệ sinh học tiên tiến.

Nhờ vào khả năng mô phỏng hàng trăm triệu năm tiến hóa trong một khoảng thời gian ngắn, công nghệ này hứa hẹn sẽ trở thành công cụ đắc lực, đẩy nhanh các nghiên cứu khoa học vốn mất nhiều thời gian và công sức trong quá khứ.

Việc phát triển protein nhân tạo bằng AI không chỉ là bước tiến vượt bậc trong công nghệ sinh học mà còn mở ra cánh cửa đến với những ứng dụng tiềm năng không giới hạn. Đây là minh chứng rõ ràng cho thấy AI có thể hỗ trợ khoa học giải quyết các thách thức phức tạp nhất của nhân loại.