AI ontdekt na 100 jaar hoe stukje platworm regenereert

Share Button

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.

Het netwerk van interacties, waarmee een stukje platworm uitgroeit tot een volwaardige platworm.

Het netwerk van interacties, waarmee een stukje platworm uitgroeit tot een volwaardige platworm. Bron:[1]

Regeneratie
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.

Bron
[1] Lobo D, Levin M (2015) Inferring Regulatory Networks from Experimental Morphological Phenotypes: A Computational Method Reverse-Engineers Planarian Regeneration. PLOS Comput Biol, 11(6): e1004295. DOI: 10.1371/journal.pcbi.1004295. (open access)

Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

3 reacties

  1. Hans schreef:

    Ooit heb ik een sciencefiction verhaal gelezen waar een beschaving een supercomputer bouwde die de oplossing moest zoeken voor het ontstaan van het Heelal. Deze computer was daar eeuwen mee bezig. Toen was er ineens het antwoord: Wortel Twee. Dit getal was de oorzaak van het Heelal. Wie dit verhaal geschreven heeft weet ik helaas niet meer, maar hij/zij voorzag de mogelijkheden van artificiële intelligentie.
    Overigens is dat computerantwoord uit het verhaal ook interessant.

    • Kees Chinees schreef:

      Dat is uit Hitchhiker’s Guide to the Galaxy. Deze computer moest het antwoord geven op de ultieme vraag over het leven, het universum, en alles. Het antwoord was 42.

      • Hans schreef:

        O ja, bedankt! Was daar al een tijd naar op zoek. Voor de 42 als antwoord kan ik geen verklaring bedenken. Daarvoor heb je dus de AI nodig. Moet het wel de kunde hebben om het antwoord uit te leggen. Een genie is pas een genie als hij/zij de kennis kan overdragen.
        Vraag me wel af waarom ik de 42 als wortel twee heb onthouden.

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger