AlphaFold

AlphaFold ist ein von Google DeepMind entwickeltes KI-System, das die dreidimensionale Struktur von Proteinen basierend auf deren Aminosäuresequenz mit hoher Genauigkeit vorhersagt.

Die Bestimmung der dreidimensionalen Struktur von Proteinen ist entscheidend für das Verständnis ihrer Funktion und die Entwicklung therapeutischer Interventionen. Traditionelle Methoden wie Röntgenkristallographie und Kernspinresonanzspektroskopie sind jedoch zeitaufwendig und kostenintensiv. Bei AlphaFold wird durch den Einsatz von Deep Learning-Techniken die Proteinstruktur vorhergesagt.

• AlphaFold 1 (2018): Erzielte den ersten Platz beim 13. Critical Assessment of Structure Prediction (CASP13) Wettbewerb, indem es die genauesten Strukturen für besonders schwierige Zielproteine vorhersagte.
• AlphaFold 2 (2020): Verbesserte die Vorhersagegenauigkeit signifikant und gewann den CASP14-Wettbewerb. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.
• AlphaFold 3 (2024): Kann auch die Interaktionen mit anderen Molekülen vorhersagen.

AlphaFold nutzt tiefe neuronale Netzwerke, insbesondere Transformer-Architekturen, um die Proteinstruktur basierend auf der Aminosäuresequenz vorherzusagen. Es integriert Multiple Sequence Alignments (MSA) und evolutionäre Informationen, um präzise Modelle zu erstellen. Ein Schlüsselmerkmal ist die Verwendung des Predicted Aligned Error (PAE).

• Medikamentenentwicklung: Durch die genaue Vorhersage von Proteinstrukturen können potenzielle Wirkstoffbindungsstellen identifiziert und die Entwicklung neuer Therapeutika beschleunigt werden.
• Verständnis von Krankheiten: Die Kenntnis der Proteinstrukturen ermöglicht ein tieferes Verständnis der molekularen Mechanismen von Krankheiten, was zu gezielteren Behandlungsstrategien führen kann.
• Personalisierte Medizin: AlphaFold kann helfen, individuelle Proteinvarianten zu analysieren und so personalisierte Therapieansätze zu unterstützen.