Hayatla müzik arasında inkar edilemez bir bağ vardır. Bu bağ kendini zaman zaman farklı biçimlerde gösterir. Hayatta iniş çıkışlar olabileceği gibi müzikte de dipler ve zirveler vardır. Hepimiz biliriz ki her hayat – tıpkı her müzikal eser gibi – zamanın birinde başlar ve biter. Bu gibi gözlediğimiz benzerliklerden yüzlerce sayılabilir. Peki ya gözleyemediklerimiz? Çıplak gözle göremediklerimiz? Moleküler boyuttaki bir harmoni… Moleküler boyuttaki bir müzikal şaheser!.
Müzikte C, D, E, F, G, A, B olmak üzere yedi tane akort varken proteinleri oluşturan amino asitlerden 21 tane vardır. Sadece yedi akordan sayısız şarkı, melodi yapılmışken yapı taşı olarak 21 amino asidi kullanan proteinlerden ne kadar yapılabileceğini hayal edin. 21 tip amino asidin farklı dizilenmesiyle ve bu yapıların katlanmasıyla binlerce, on binlerce hatta yüz binlerce farklı protein oluşabilir. Örneğin 104 amino asit içeren bir protein için 20.104 farklı kombinasyon olabilir. Aşağıda belli başlı bir kaç proteinin amino asit sayıları verilmiştir.
- İnsülin → 51aa
- Kollojen → +1000 aa
- Titin (Bilinen en uzun protein) → +25000 aa
Protein yapıları
Aminoasitlerin düz zincir halindeki sekansına primer (birincil) protein yapısı denir. Ne zaman aminoasitlerden oluşan peptid grupları kendi içinde hidrojen bağları oluşturup tekrarlı bir katlanma gerçekleştirir (alfa ve beta yapıları) o zaman primer yapı sekonder (ikincil) yapıya dönüşür. Sekonder yapının da üç boyutlu olarak kendi üzerine katlanması ve yan zincirlerin etkileşimleri sonucu tersiyer (üçüncül) yapı oluşur. Birden fazla amino asit zinciri birbiriyle etkileşime girdiğinde ve daha büyük bir protein kompleksi oluştuğunda ise bu yapıya kuaterner (dördüncül) protein yapısı adı verilir.
Şimdiyse daha önceden bilinmeyen proteinlerin amino asit sekanslarını ve katlanmalarını öngören kendini geliştirebilen bir yapay zeka düşünün ve bütün bunları bir modellemeyle gerçekleştiriyor.
17 Mart 2020 tarihinde yayınlanan bir makaleye göre, MIT’ de Atomik ve Moleküler Araştırmalar Laboratuvarı’nın (LAMM) geliştirdikleri YZ (yapay zeka), müzikal notaları protein sekanslarına ve yapı bilgilerine çevirebilme kabiliyetine sahip.
Peki bunu nasıl yapıyor?
Olayları özetleyecek olursak her bir notanın karşılık geldiği bir ifade mevcut. Örneğin her amino asit farklı bir ses perdesini; nota uzunluğu, şiddeti ve ritmi ise ikincil protein yapısını, zincir uzunluğunu ve belli protein moleküllerini ifade ediyor. Ayrıca müzikal notaların dizilimi amino asit sekansına; çoklu melodiler ve akorlar katlanmış geometriye karşılık geliyor.
YZ’ ya sıfırdan bir nota dizisi girildiğinde YZ nota bilgilerini zincir uzunluğu ve amino asit sekansı gibi primer yapı bilgilerine çeviriyor.
Kısa süreli bellek birimlerinden oluşan bu YZ, bilinen protein bilgilerinin müzikal temsillerini kullanarak alfa sarmal açıdan zengin proteinlerin yapısını öngörebiliyor.
Öncelikle bahsetmemiz gereken bazı kontrol aşamaları mevcut. Bunlardan birisi BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) aracılığıyla yapılan primer yapı doğrulaması. BLAST, notadan çevrilmiş nükleotid veya protein sekanslarını, veri tabanındaki sekanslarla karşılaştırarak istatistiksel anlamlılığa sahip olup olmadıklarını hesaplayan bir platform. YZ tarafından notadan öngörülen amino asit sekanslarına çevrilmiş bilgiler BLAST’dan doğrulama aldığı takdirde oluşturulan ikincil, üçüncül ve diğer yapılar teker teker ORION programına tabi tutuluyor.
İkinci aşama ise şu şekilde işliyor. YZ tarafından bildirilen bu yapılar ORION (Optimized fold RecognitION) sisteminden geçiyor. Bu sistem de aynı BLAST gibi çalışıyor fakat ikincil, üçüncül ve dördüncül yapılar için düzenlenmiş bir doğrulama platformu. Bütün bu aşamalardan onay alan YZ, bu yapıları tahmin edilen De novo protein dizaynı için MODELLER programı ile üç boyutlu yapısını çıkartarak nihai haline getirir. Dolayısıyla bu proje bize henüz keşfedilmemiş olan olası birçok protein yapısını öngörme imkanı sunuyor.
İşleyiş teması
Geçtiğimiz iki yıl boyunca tüm dünyayı etkileyen ve gündemimizi epeyce meşgul eden SARS-CoV-2’ nin spike protein dizisi de notalara çevrildi ve birleştirilip bir parça haline getirildi. Tüm insanlığı dört duvara hapseden bu ölümcül virüsün masum parçasına kulak verin. Sıradaki şarkı Covid-19′ dan!
Kaynakça
- “6.2: Defining Protein”. Medicine LibreTexts, 03 Haziran 2018, https://med.libretexts.org/Under_Construction/Purgatory/Book%3A_Human_Nutrition_(University_of_Hawaii)_1st_Ed/06%3A_Protein/6.02%3A_Defining_Protein. About MODELLER.
- https://salilab.org/modeller/. Erişim 30 Ocak 2021. BLAST: Basic Local Alignment Search Tool.
- https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi. Erişim 30 Ocak 2021. ORION fold recognition.
- https://www.dsimb.inserm.fr/orion/#:~:text=Optimized%20fold%20RecognitION,to%20boost%20distantly%20protein%20detection.&text=2000)%20contrary%20to%20the%20secondary,helix%20%2C%20strand%20and%20coil). Erişim 30 Ocak 2021.
- Yu, Chi-Hua, ve Markus J. Buehler. “Sonification based de novo protein design using artificial intelligence, structure prediction, and analysis using molecular modeling”. APL Bioengineering, c. 4, sy 1, Mart 2020, s. 016108. aip.scitation.org (Atypon), doi:10.1063/1.5133026.
