Künstliche Intelligenz hilft, Enzymtätigkeit zu quantifizieren27. Oktober 2021 Schematische Darstellung des Vorhersageprozesses für Michaelis-Konstanten von Enzymen mittels Deep Learning-Verfahren. © HHU/Swastik Mishra Ein internationales Bioinformatikerteam unter Leitung von Prof. Dr. Martin Lercher von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) entwickelte ein neues Verfahren, um die die Reaktionskinetik bestimmende Michaelis-Konstante vorherzusagen. Um enzymatisch begünstigte Stoffwechselprozesse zu beschreiben, wird die Michaelis-Menten-Gleichung benutzt. Sie beschreibt die Geschwindigkeit einer Enzymreaktion abhängig von der Konzentration, in der die beteiligten Ausgangsmoleküle – die während der Reaktion in die Endprodukte umgewandelt werden – vorliegen. Ein zentraler Faktor in dieser Gleichung ist die „Michaelis-Konstante“, die die Stärke der Bindung zwischen Enzym und Substrate charakterisiert. Diese Konstante im Labor zu messen, ist extrem aufwändig. Aus diesem Grunde sind nur von einer Minderheit der Enzyme diese Konstanten bekannt. Ein Forschendenteam vom HHU-Institut für Computational Cell Biology und der Chalmers-Universität in Stockholm hat nun einen anderen Ansatz gewählt, um die Michaelis-Konstanten aus der Struktur der beteiligten Moleküle und Enzyme mittels KI vorherzusagen. Sie wandten ihren auf sogenannten Deep-Learning-Verfahren basierenden Ansatz auf 47 Modellorganismen – von Bakterien über Pflanzen bis hin zum Menschen – an. Als Lerndaten, die dieser Ansatz benötigt, speisten sie bekannte Daten von fast 10.000 Paaren von Enzymen und Ausgangsstoffen ein. Die Ergebnisse testeten sie anhand von Michaelis-Konstanten, die nicht für den Lernprozess benutzt worden waren. Prof. Lercher zur Qualität der Ergebnisse: „Anhand der unabhängigen Testdaten konnten wir zeigen, dass das Verfahren Michaelis-Konstanten mit einer Genauigkeit vorhersagen kann, die ähnlich zu den Unterschieden zwischen experimentellen Werten aus verschiedenen Laboren ist. Ein Schätzwert für eine neue Konstante kann nun per Computer ohne experimentellen Aufwand in wenigen Sekunden berechnet werden.“ Die plötzliche Verfügbarkeit von Michaelis-Konstanten für alle Enzyme von Modellorganismen eröffnet neue Wege für Computermodelle des Stoffwechsels, wie die Zeitschrift PLOS Biology in einem Begleitartikel betont.
Mehr erfahren zu: "Genetischer Risikofaktor und Virusinfektion tragen gemeinsam zur Multiplen Sklerose bei" Genetischer Risikofaktor und Virusinfektion tragen gemeinsam zur Multiplen Sklerose bei Multiple Sklerose wird durch eine Infektion mit dem Epstein-Barr-Virus mitverursacht. Daneben spielen aber auch bestimmte Genvarianten eine wichtige Rolle. Wie Forschende der Universität Zürich zeigen, führt erst das molekulare Zusammenspiel […]
Mehr erfahren zu: "2000 Jahre alte Herpesviren im menschlichen Genom" 2000 Jahre alte Herpesviren im menschlichen Genom Eine neue Studie bestätigt, dass bestimmte humane Herpesviren bereits vor tausenden Jahren Teil des menschlichen Genoms wurden. Die aktuellen Genomdaten liefern den ersten direkten Beweis für die Entwicklung der Viren […]
Mehr erfahren zu: "Darmpolypen: DNA-Tests verbessern den Einblick in erbliche Risiken" Darmpolypen: DNA-Tests verbessern den Einblick in erbliche Risiken Bei fünf bis zehn Prozent der Darmkrebspatienten spielen erbliche Faktoren eine Rolle. Dabei ist der Anteil bei jüngeren Personen höher. Die DNA-Analyse von Darmpolypen liefert wichtige zusätzliche Informationen über die […]