Величезні досягнення в галузі комп’ютерних наук інтелекту відкривають низку можливостей, і завдяки цьому тепер біологи можуть створювати справжні молекули в найкоротші терміни замість довгих тижнів або місяців. Нещодавно Південна Корея схвалила вакцину проти коронавірусу, яку буде створено з нового білка, створеного людьми. Ліки засновані на сферичних білкових «наночастинках», отриманих внаслідок складного процесу спроб і помилок.
Штучний інтелект визначає форму багатьох відомих білків
Рішення штучного інтелекту, такі як програмне забезпечення AlphaFold від DeepMind, яке може пророкувати структуру білків, активно застосовуються в дослідних цілях. У минулому це було складне завдання з високою ймовірністю невдач. Вчені та ряд компаній, які використовують штучний інтелект для створення ферментів, прагнуть створити білки, які можуть благотворно впливати на людський організм, від позбавлення від небезпечних патогенів до лікування хвороб. Серед організацій, які мають цю мету, — DeepMind і Meta.
Розробка білків з нуля
Спроба створити перші білки відноситься до 1990-х років, коли в лабораторії Бейкера в університеті Вашингтона був застосований софт під назвою Rosetta для досліджень у цій сфері. Перші білки, сконструйовані за допомогою програмного забезпечення, в більшості випадків не набували очікуваної форми при їх створенні в лабораторії. Ось чому був необхідний новий крок, щоб налагодити зв’язок білків таким чином, щоб він набував виключно очікуваної форми.
З AlphaFold та іншими програмами ІІ цей повільний процес став дуже швидким. Інструментам ІІ було доручено прогнозувати структурний ряд різних ланцюгів поліпептидів. Але біологи побачили, що таке програмне забезпечення може також створювати збирання з низки білків, які формують функціональні взаємодії. На даний момент вони впевнені, що можуть створити ферменти, які збиратимуться в наночастинки різних форм та параметрів. Такі білки складалися б з ряду дублікатів одного білка і були б подібні до тих, на яких створена вакцина проти COVID.
Революція глибокого навчання
Лабораторія Бейкера – не єдина організація, яка застосовує штучний інтелект до створення білка. За даними bioRxiv, електронного архіву наукових статей та препринтів з біології, за останні роки стало доступно понад 40 програм ІІ, в яких застосовуються різні методи.
Більшість цих програм мають справу з проблемою алгоритму прямо-зворотного ходу: вони встановлюють взаємозв’язок, який відповідає конкретній структурі, часто застосовуючи методи, що використовуються в програмному забезпеченні для розпізнавання картинок. Інші ґрунтуються на архітектурі, близькій до систем обробки природної мови, які створюють тексти; проте замість текстів програми визначають послідовність білків.
Наступні дослідження
Вчені з університету Вашингтона впевнені, що отримання білків у лабораторних умовах є переконливою перевіркою їх методів. Але не всі біологи, які працюють над програмним забезпеченням штучного інтелекту для розробки ферментів, мають безперешкодний доступ до дослідницьких установок, і це є складним завданням для перевірки їх результатів, оскільки пошук місця для досліджень може тривати надмірно довго.
Дослідження також матимуть велике значення, коли справа дійде до створення білків для певних завдань. Для цього лабораторія Бейкера поділилася декількома механізмами штучного інтелекту, які дозволяють вченим впроваджувати конкретну послідовність у нові білки. Ці методи були корисними при розробці білків, які сприяють деяким реакціям:
- білки, здатні приєднуватися до інших молекул; і
- білки, які потенційно можуть бути застосовані у ліках проти респіраторних вірусів.
