Искусственный интеллект поможет чешским ученым в разработке лекарств от болезни Альцгеймера
Чешские исследователи обучили искусственный интеллект понимать сложную структуру протеинов, и таким образом ускорить разработку новых лекарств и исследование болезни Альцгеймера.
Благодаря машинному обучению результат, к которому ученые пришли бы в ходе последовательных экспериментов, может быть достигнут гораздо быстрее и, следовательно, поможет сэкономить средства. Например, искусственный интеллект способен предсказать, какие эффекты может иметь тот или иной белок. Исследователи уже сегодня могут использовать искусственный разум, например, при разработке новых лекарств против тромбов. А включение ИИ также дает пациентам с болезнью Альцгеймера больше надежды на открытие эффективного лекарства.
Модель белка выглядит как чрезвычайно сложный запутанный клубок, состоящий из более мелких частей – аминокислот. Мы рассматриваем его вместе с Антоном Бушуевым в Чешском институте информатики, робототехники и кибернетики Чешского технического университета.
«Здесь мы можем видеть сразу два белка – с одной стороны и с другой. Это динамическая молекула, она обитает в живых клетках, но биологи способны их кристаллизовать, чтобы увидеть, как выглядит их трехмерная структура, а затем ее можно смоделировать на компьютере», - объясняет молодой ученый.
Исследователей в основном интересовали взаимодействия между белками – как они сочетаются друг с другом, как притягивают друг друга. От этого, например, зависит эффект препаратов, растворяющих тромбы и, тем самым, лечащих инсульт.
«Гипотеза заключается в том, что таким образом мы увеличим тромболитическую способность разрушать тромбы. Итак, мы ищем, как лучше соединить эти два белка друг с другом путем замены аминокислот. А проще всего заменить одну аминокислоту другой и понаблюдать, улучшится ли связь между двумя белками», - объясняет Йозеф Шивиц.
Новая система искусственного интеллекта теперь может быстро подсказать, где можно изменить препарат, чтобы добиться лучшего эффекта. По мнению авторов, это экономит много времени, которое в противном случае исследователи потратили бы на расчеты и эксперименты, чтобы выяснить, какие изменения работают, а какие нет.
«Существуют миллиарды способов модификации белка, и экспериментально найти их все в лаборатории просто невозможно. Наш алгоритм, который может гораздо эффективнее исследовать пространство изменений, в идеале приведет нас к кандидатам, эффективность которых затем будет экспериментально подтверждена в лаборатории», - добавляет Йозеф Шивиц.
Суперкомпьютеры в помощь
Новый метод разрабатывался несколько лет. Ученым сначала пришлось составить машиночитаемую базу данных белков и их реакций, а затем обучить на ней искусственный интеллект. Этому во многом помогли суперкомпьютеры в Чехии и за рубежом.
«Для этого использовался один чешский суперкомпьютер «Каролина» и второй финский – LUMI. Иметь доступ к такой вычислительной инфраструктуре – роскошь. Это позволяет нам конкурировать с лучшими лабораториями мира», - хвалится Антон Бушуев.
Какая вычислительная мощность для этого необходима?
«Ключевыми являются так называемые GPU или же графические карты. Здесь у нас их примерно десятки. На «Каролине» в Остраве – их сотни, а на LUMI, суперкомпьютере в Финляндии – их тысячи», - перечисляет Йозеф Шивиц.
Однако, по словам исследователей, заставить машинное обучение учить правильным способом было довольно сложной задачей. Хотя в международных базах данных имеются миллионы биомолекул, точно описанных взаимодействий не так много. Кроме того, некоторые данные повторяются.
«Если мы представим ИИ в роли студента, который готовится к проверочной работе, то это выглядело бы так, что вместо того, чтобы узнать, как это на самом деле работает, он учится только копировать предложения из задания. Он все выучит наизусть, но не поймет – и тогда он не сможет применить эти знания на новой структуре или взаимодействии, которых он никогда до этого не видел», - описывает Йозеф Шивиц.
По словам ученых, новый метод будет также использоваться при исследовании болезни Альцгеймера. Именно благодаря ей Йозеф Шивиц решился исследовать эту область.
«Мой дедушка страдал болезнью Альцгеймера, и я хотел узнать больше о том, что о ней было известно. Оказывается, что в этой области все еще остается много вопросов без ответов, и машинное обучение могло бы помочь. Ведь белки в мозгу играют важную роль в развитии болезни Альцгеймера», - объясняет он.
Ученые хотят еще больше усовершенствовать свою систему – ее будут постоянно обучать результатам реальных экспериментов с белками.
Связанный
-
Czech Made – чешские изобретения и бренды
Чехия небольшая страна, но это обстоятельство вовсе не помешало ей обогатить планету изобретениями, которые человечество использовало раньше.
