23 Mayıs 2024, Perşembe Gazete Oksijen
11.02.2021 06:00

Proteinlerin sırrını çözen her şeyi çözer

Yapay zekâ, son yılların gözde teknolojisi. Birbirlerinin dilini bilmeyen iki yabancı, cep telefonundaki akıllı bir yazılım sayesinde anlaşabiliyorlar. Başka bir yazılım İstanbul’da hedefime en kısa sürede varmak için izlemem gereken yolu kentin en iyi taksi şoföründen çok daha yüksek doğrulukla söyleyebiliyor, çünkü o geçmiş günlerin istatistiklerine ek olarak hiçbir insanın göremeyeceği bir bilgiye, trafiğin her yerdeki anlık durumuna da vâkıf. Bu yöntemlere hâkim şirketler, insanların hangi ürünü talep edeceklerini o insanların kendilerinden önce tahmin edip paralarına para katıyor. Her gün yeni bir beceri alanında bilgisayarların biz insanları “geçmesine” alıştık. Yapay zekânın yeni bir alanda parlamasına ilişkin önemli bir haber, 2020’nin son ayının karanlık atmosferini biraz aydınlattı. Boğaziçi’nin başına o tuhaf olay gelmeseydi Oksijen’deki yazılarıma bu öyküyle başlayacaktım. Tuhaflık sürüyor ama insanlığın bu yeni başarısını anlatmadan duramayacağım.

Su hariç her şey

Ağırlığınızın yarıdan fazlasını borçlu olduğunuz suyu saymazsak vücudunuz esasen “protein” denen dev moleküllerden yapılmıştır. Proteinler derinizde, kaslarınızda, kemiklerinizde, her hücrenizdeki bir yığın kimyasal sürecin içinde, her yerdedir. Gezegenimizdeki canlıları oluşturan proteinler, yirmi farklı çeşit “amino asit”ten (bunlar daha küçük moleküllerdir) yüzlerce veya binlercesinin art arda takılmasıyla inşa edilirler. Farklı amino asit dizilimleri, farklı proteinlere denk gelir. Hangi proteinlerin ne zaman üretileceğini de hücrelerimizin içindeki DNA programları belirler. Evrimin biz canlılarda kullandıkları bir yana, yapı taşları olan amino asitler sayısız değişik şekilde sıralanabilecekleri için akıl almaz sayıda (yüz milyonlarca) farklı proteinin kurulması mümkündür.  Proteinler zincir şeklinde tanımlanmalarına ve kurulmalarına karşın, hücrede kendilerini imal eden mekanizma tarafından serbest bırakıldıklarında atom yapılarının ve çeşitli parçaları arasındaki itme-çekme kuvvetlerinin dayattığı çok karmaşık bir süreç sonucunda katlanarak kendilerine özgü bir şekle giriyorlar. Her proteinin ayrı bir şekli var ve diğerleriyle olan kimyasal ilişkileri tümüyle bu şekle bağlı. Tüm bedensel işlevler farklı proteinlerin ilişkileri sonucu yürüdüğü için hastalıkların sebep ve çarelerinin anlaşılması protein şekillerinin bilinmesine bağlı.  Mevcut teknolojimiz ve ölçüm tekniklerimizle bu şekillerin anlaşılması çok zor; yıllardır yapılan çalışmalara karşın varlığı bilinen milyonlarca proteinden sadece küçük bir oranının şekilleri saptanabilmiş durumda. Dizilimi verilen bir amino asit zincirinin nasıl katlanacağını hesaplamanın kolay bir yolunun bulunması tıpta devrim yaratacak: DNA’mızın kodladığını bildiğimiz ama vücudumuzda ne işe yaradıklarını anlamadığımız binlerce proteinin gizemi böylece çözülebilecek, hastalıklara yol açan genlerin bunu tam olarak nasıl yaptıklarını görebilecek, belki o kilitlere uyan “anahtar” proteinleri sıfırdan kurabileceğiz. Doğada var olmayan proteinlere dayanan “akıllı malzeme”lerin zahmetli deneylerle değil, masa başında tasarlanabilmesi de cabası. Protein katlanması problemine genel bir çözüm bulmaya çalışan bilim insanları, bu konuda iddialı bilgisayarcıların programlarını denemeleri için yıllardır CASP adında bir yarışma düzenliyor. Deneysel çalışmalar sonucu yeni bir protein katlanma yapısını keşfeden uzmanlar, bulgularını bilim dünyasına açıklamadan önce CASP organizatörlerine veriyor. Yarışmaya katılan ekipler, kendilerine amino asit zincirleri verilen bir grup proteinin üç boyutlu şekillerinin ne olacağını tahmin etmeye çalışıyorlar. Yapılan tahminler, o zamana dek gizli tutulan gerçek veriyle karşılaştırılıyor. 

Yazılımın başarısı

2020 yarışması, Google’ın (Go oyununda dünya şampiyonunu yenerek adını duyuran AlphaGo programının da üreticisi olan) DeepMind şirketinin AlphaFold programının 50 yıldır protein katlanması üzerinde çalışan biyologları hayran bırakan bir başarıya ulaştığı haberiyle dünya gündemine oturdu. AlphaFold şimdiye dek yapısı keşfedilip açıklanmış on binlerce proteinin amino asit dizilimleri ve üç boyutlu yapı bilgileri üzerinde eğitilen 50 katmanlı bir yapay sinir ağıyla oluşturuldu. Bu önemli başarının tıp ve mühendislik alanındaki sonuçları önümüzdeki yılların konusu olacak. Bilim, saçmasapan siyasi müdahalelerle filan hızı kesilmezse, insanlığı yükseltmeye devam edecek.