Wie funktioniert AlphaFold 2?

AlphaFold 2 ist ein KI-System, das von DeepMind entwickelt wurde, um die Proteinstrukturvorhersage zu revolutionieren. Es nutzt fortschrittliche maschinelle Lerntechniken, um die dreidimensionale Struktur von Proteinen basierend auf ihrer Aminosäuresequenz vorherzusagen. Hier sind die Hauptkomponenten, wie AlphaFold 2 funktioniert:

1. **Input-Daten**: AlphaFold 2 erhält die Aminosäuresequenz eines Proteins als Eingabe. Diese Sequenz ist entscheidend, da sie die Grundlage für die Struktur des Proteins bildet.

2. **Multiple Sequence Alignment (MSA)**: Das System erstellt ein MSA, das verwandte Sequenzen aus verschiedenen Organismen umfasst. Dies hilft, evolutionäre Informationen zu nutzen, die für die Strukturvorhersage wichtig sind.

3. **Neurales Netzwerk**: AlphaFold 2 verwendet ein tiefes neuronales Netzwerk, das auf den MSA-Daten trainiert wurde. Es analysiert die Beziehungen zwischen den Aminosäuren und lernt, wie sie sich im Raum anordnen.

4. **Graph-basierte Modellierung**: Die Struktur wird als Graph dargestellt, wobei die Aminosäuren als Knoten und die Wechselwirkungen zwischen ihnen als Kanten betrachtet werden. Dies ermöglicht eine präzisere Modellierung der räumlichen Anordnung.

5. **End-to-End-Vorhersage**: Das System führt eine End-to-End-Vorhersage durch, bei der es die endgültige Struktur des Proteins direkt aus der Sequenz und den erlernten Beziehungen ableitet.

6. **Optimierung**: AlphaFold 2 optimiert die vorhergesagte Struktur durch Energie-Minimierung, um sicherzustellen, dass sie physikalisch plausibel ist.

7. **Verifizierung**: Die Vorhersagen werden mit experimentellen Daten verglichen, um ihre Genauigkeit zu überprüfen.

AlphaFold 2 hat in der wissenschaftlichen Gemeinschaft große Aufmerksamkeit erregt, da es in vielen Fällen die experimentellen Methoden zur Bestimmung von Proteinstrukturen übertrifft und somit einen bedeutenden Fortschritt in der Biowissenschaft darstellt.