AI ontdekt na 100 jaar hoe stukje platworm regenereert
Al honderd jaar probeerden wetenschappers tevergeefs het raadsel op te lossen. Nu is het precieze mechanisme voor het eerst opgehelderd. Door een kunstmatige intelligentie. Is het tijdperk van wetenschapsbeoefening door computers nu definitief aangebroken?
Teruggroeien uit een stukje weefsel
Stel, je hakt een vinger af en daar groeit weer een nieuw mens uit. Bij veel planten kan het, bij dieren die ingewikkelder zijn dan de zoetwaterpoliep, zoals wij, niet. Met één uitzondering. Planarians, een groep platwormen. Als deze in stukken worden gedeeld, groeien uit de stukken in enkele weken nieuwe platwormen.
Al meer dan honderd jaar zijn biologen bezig om het precieze mechanisme van regeneratie op te helderen. Tot nu toe is men daarin niet geslaagd. Wel zijn meerdere genen ontdekt die betrokken zijn bij de regeneratie. Ook weten we dat er pluripotente stamcellen, stamcellen die uit kunnen groeien tot een compleet nieuw organisme, bij betrokken zijn.
Onopgelost is alleen de vraag, hoe deze eiwitten een stukje platworm zich laten ontwikkelen tot een volwaardige nieuwe platworm zonder misvorming.
Het experiment werd uitgevoerd in twee stappen. In de eerste stap, die jaren van moeizame voorbereiding inhield, werd een evolutionair algoritme ‘getraind’ met behulp van experimentele data. Het algoritme combineerde eerdere netwerken en voerde puntmutaties uit, door delen weg te laten of juist toe te voegen. De netwerken slaagden er steeds beter in om de uitkomsten van experimenten te voorspellen.
Netwerk opgehelderd
In de tweede stap, werden de resultaten van zestien experimenten met planarians vertaald in voor een computer te begrijpen symbolentaal. Daarna werd een supercomputer aan het werk gezet om via een soort evolutionair algoritme een combinatie van factoren te vinden, dat alle zestien experimenten kon reproduceren. Met andere woorden, een niet-mismaakte platworm opleverde. Na iets minder dan vier etmalen slaagde de supercomputer hierin. Het werkingsmodel dat opdook bleek opmerkelijk eenvoudig, zie de afbeelding. Wel bleken er twee extra eiwitten bij betrokken te zijn die van te voren niet verwacht waren.
De gevolgen
Op zich is het ophelderen van een al bijna honderd jaar oud raadsel al het vermelden waard. Nu we weten hoe platwormen regenereren, hebben we de eerste stap gezet richting het laten regerereren van menselijk weefsel. De echte doorbraak zit hem er in dat er nu eindelijk een methode is, om computers complexe wetenschappelijke problemen op te laten lossen. Biochemische interacties, war vaak wel honderden stappen bij betrokken zijn, zijn berucht complex en als zodanig voor een mens vaak niet meer te bevatten. Toch zullen we dat moeten, als we bijvoorbeeld anti-verouderingsmedicijnen of een definitief geneesmiddel voor kanker willen vinden.
Gelukkig is er nu een methode ontwikkeld, waarmee de rekenkracht van supercomputers kan worden gebruikt om deze reactieketens op te helderen en zo de sleutel tot nieuwe medicijnen te vinden.