AIはオミクロン株のタンパク質構造をほぼ正確に予測した
Image by Sriram Subramaniam / UBC https://news.ubc.ca/2021/12/22/ubc-scientists-unveil-first-molecular-level-analysis-of-omicron-variant-spike-protein/

AIはオミクロン株のタンパク質構造をほぼ正確に予測した

ノースカロライナ大学の研究者であるコルビー・フォードは、DeepMindのAlphaFoldとワシントン大学のRoseTTAFoldを用いてシミュレーションを行い、現在のCOVID-19の症例を支配しているオミクロン株のタンパク質構造を予測した。

吉田拓史

ノースカロライナ大学の研究者であるコルビー・フォードは、DeepMindのAlphaFoldとワシントン大学のRoseTTAFoldを用いてシミュレーションを行い、現在のCOVID-19の症例を支配しているオミクロン株のタンパク質構造を予測した。

12月初旬、フォードと2人の同僚はより詳細な査読なしの論文を投稿した。この論文には、以前の株に対する抗体がオミクロンには効果がないという予測も含まれていた。フォードは、中心となる原子の位置が、水素原子の半径に相当する半オングストローム(0.05nm)ほど異なると計算した。

フォードがこのような結論を出したのは、科学者たちがオミクロン株の実物サンプルを電子顕微鏡で完全に調査し、その構造を正しくマッピングする前のことだった。

カナダのブリティッシュ・コロンビア大学のスリラム・スブラマニアム教授の研究室は、オミクロンのDNAを入手し、その構造を顕微鏡で観察した結果と、実際の抗体を用いたテストの結果を12月下旬に発表した。フォードが予測した2つの構造のうちの1つは、ほぼ正しいことが判明した。フォードは、その中心となる原子の位置が、水素原子の半径に相当する半オングストローム(0.05nm)ほど異なることを計算した。「ツールを使えば、経験に基づく推測を素早く行うことができる。これは、Covidじみた状況では重要なことである。新しいウイルスが登場すれば、私がやったことを他の誰かが再現するだろう」。

カナダのブリティッシュ・コロンビア大学のスリラム・スブラマニアム教授は、「ゴールドスタンダードは常に直接測定することです」と述べている。「もしあなたが10億ドル規模の医薬品プログラムを構築しているなら、人々は何が本物なのかを知りたい」

予測がオミクロンスパイクタンパク質の実験に先行したのは、AIがもたらした最近の分子生物学の大変革を反映している。タンパク質の構造を正確に予測できるソフトウェアが初めて普及したのは、オミクロンが登場するわずか数カ月前のことだった。これは、アルファベット傘下のAI研究所DeepMindとワシントン大学の研究チームが競って開発したものだ。

フォードはこの2つのパッケージを使用したが、どちらもオミクロンじみた突然変異による小さな変化を予測するように設計されておらず、検証もされていなかったため、彼の結果は決定的なものではなく示唆に富んだものだった。研究者の中には、この結果に懐疑的な人もいた。しかし、彼が強力なタンパク質予測AIを簡単に試すことができたという事実は、最近の画期的な技術がすでに生物学者の仕事や考え方を変えつつあることを示している。

スブラマニヤムによると、彼の研究室の成果に向けて作業している間に、オミクロンスパイクの構造予測を提案する人たちから4、5通のメールを受け取ったという。「かなりの数の人が遊び半分でやっていた」と彼は言う。スブラマニアムは、タンパク質の構造を直接測定することが究極の基準であることに変わりはないとしながらも、AIによる予測が将来の病気の発生など、研究の中心になっていくことを期待しているという。

(A) スパイクタンパク質のドメイン配列を示す模式図(B) オミクロンスパイクタンパク質の2.79Åのクライオ電子顕微鏡マップ(C)オミクロンスパイクタンパク質の低温電子顕微鏡構造(D) オミクロンスパイクの受容体結合ドメイン(RBD)を2つの直交する方向から見た図。すべての変異した残基のCαは赤い球で示されている。  出典:Subramaniam et al. 2021.
(A) スパイクタンパク質のドメイン配列を示す模式図(B) オミクロンスパイクタンパク質の2.79Åのクライオ電子顕微鏡マップ(C)オミクロンスパイクタンパク質の低温電子顕微鏡構造(D) オミクロンスパイクの受容体結合ドメイン(RBD)を2つの直交する方向から見た図。すべての変異した残基のCαは赤い球で示されている。 出典:Subramaniam et al. 2021.

タンパク質はその形によって挙動が決まるため、その構造を知ることは、進化の研究から病気の研究まで、生物学のあらゆる研究に役立つ。医薬品の研究では、タンパク質の構造を解明することで、新しい治療法のターゲットとなる可能性を見出すことができる。

しかし、タンパク質の構造を決めるのは簡単ではあらない。タンパク質は、生物のゲノムにコード化された指示に基づいて組み立てられた複雑な分子であり、酵素や抗体などの生命の仕組みの多くを担っている。タンパク質は、アミノ酸と呼ばれる分子の集まりで、複雑な形に折り畳まれ、さまざまな働きをする。

タンパク質の構造を解明するためには、従来、実験室での骨の折れる作業が必要だった。これまでに知られている約20万種類の構造のほとんどは、タンパク質を結晶にしてX線を照射するという厄介な方法でマッピングされていた。スブラマニヤムが使用した電子顕微鏡じみた新しい技術は、より迅速に行うことができるが、このプロセスはまだ簡単ではない。

この記事は有料会員のみご覧いただけます

購読する
既にアカウントをお持ちの方 ログイン