Le réseau de neurones qui ne se contente pas de prédire, mais garde les secrets des protéines express
Une immense bibliothèque où chaque livre est une instruction précise pour assembler une molécule de protéine. Le réseau de neurones AlphaFold2 a lu des millions de ces livres et a appris à fournir instantanément un modèle tridimensionnel prêt à l'emploi. Mais à l'intérieur de ce réseau, dans son « cerveau », il reste quelque chose de plus — non pas seulement des règles d'assemblage, mais tout un atlas des mouvements possibles de la protéine, sa vie cachée.
Les chercheurs ont imaginé un moyen de regarder dans cet atlas. Ils ont pris les tenseurs de poids (les matrices de nombres qui stockent les connaissances du réseau) du bloc Evoformer — la partie clé d'AlphaFold2 — et leur ont appliqué une convolution avec un flou gaussien. En termes simples, ils ont légèrement « défocalisé » la vision du réseau pour voir non pas une image nette, mais tout un éventail de possibilités. Cette méthode a été nommée spectroscopie neuronale.
Le résultat a été stupéfiant. Pour la protéine ubiquitine, une telle « perturbation » a montré que ses parties se détachent exactement dans l'ordre qui a été déterminé pendant des décennies par des expériences de laboratoire sur le repliement.
Pour la protéine KaiB, qui peut adopter deux formes complètement différentes, les cinq versions du réseau entraînées indépendamment ont toutes montré à l'unanimité : la deuxième forme ne peut pas être obtenue par perturbation. Et pour l'alpha-synucléine, associée à la maladie de Parkinson, les cinq versions ont produit cinq cartes différentes mais intrinsèquement cohérentes. Cela a indiqué où les données d'entraînement donnaient un signal clair et où le réseau restait dans l'ignorance. Un test de contrôle — l'ajout d'un bruit aléatoire de même puissance — ne produisait que des déchets informes, et non des mouvements significatifs. Les 93 millions de paramètres du réseau se sont révélés être non pas un simple mécanisme, mais une empreinte figée de la réalité physique des protéines.
La protéine ubiquitine, nommée ainsi en raison de sa présence omniprésente (de l'anglais ubiquitous — « omniprésent »), ne compte que 76 acides aminés, mais son chemin de repliement a été étudié pendant des décennies — et le réseau de neurones l'a reproduit en se « concentrant » simplement sur la forme statique.
Cela rappelle l'idée de « Jurassic Park », où les scientifiques ont extrait l'ADN de dinosaures de l'ambre — sauf qu'ici, on extrait la dynamique cachée des molécules d'un réseau de neurones « figé ».