AlphaProteo использует ИИ для разработки эффективных белков

ИИ для разработки белков

Каждый биологический процесс в организме, от роста клеток до иммунных реакций, зависит от взаимодействий между белками. Эти молекулы, действующие как ключи для замков, обеспечивают регуляцию жизненно важных клеточных функций путем связывания друг с другом. В то время как инструменты, такие как AlphaFold, предоставили важные данные о структуре белков, их возможности ограничены: они не могут создавать новые белки, необходимые для управления этими взаимодействиями. Однако с помощью новых технологий, таких как AlphaProteo, учёные теперь могут проектировать белки, которые успешно связываются с конкретными молекулами-мишенями. Эти связывающие белки имеют огромный потенциал для ускорения различных научных исследований, включая разработку лекарств и диагностику заболеваний, однако процесс их создания до сих пор требует значительных временных затрат и экспериментальной проверки.

Введение в AlphaProteo

AlphaProteo — система искусственного интеллекта для создания новых высокопрочных связывающих белков, которые могут стать основой для биологических и медицинских исследований. Эта революционная технология может значительно ускорить наше понимание сложных биологических процессов и внести вклад в открытие новых лекарств, разработку биосенсоров и другие важные направления. AlphaProteo обладает уникальной способностью генерировать связывающие белки для различных целевых белков, включая VEGF-A, который имеет критическое значение в контексте рака и диабетических осложнений.

Это первый случай, когда ИИ смог создать успешный связывающий белок для VEGF-A. Более того, AlphaProteo демонстрирует впечатляющие результаты, обеспечивая более высокие экспериментальные успехи и причем в 3-300 раз большие аффинности связывания по сравнению с лучшими существующими методами для семи протестированных целевых белков.

Изучение сложных путей связывания белков

Проектирование связывающих белков, которые могут образовывать прочные связи с целевыми молекулами, представляет собой сложную задачу. Традиционные подходы требуют значительных затрат времени и ресурсов, включая многоэтапные лабораторные исследования и оптимизацию аффинности связывания после создания кандидатов. Каждый новый кандидат проходит через дополнительные экспериментальные испытания, чтобы обеспечить необходимую степень прочности связывания для практического применения.

AlphaProteo решает эту проблему, используя обширные данные о белковых структурах из Базы данных белков (PDB) и более 100 миллионов предсказанных структур из AlphaFold. Система анализирует различные способы взаимодействия между молекулами и, исходя из заданной структуры целевой молекулы и предпочтительных мест для связывания, разрабатывает новые кандидаты белков. Этот алгоритмический подход значительно ускоряет процесс проектирования и повышает вероятность успеха при создании эффективных связывающих белков.

Демонстрация успеха на важных связывающих мишенях

Для оценки возможностей AlphaProteo были созданы связывающие белки для множества целевых белков, среди которых два вирусных белка — BHRF1 и SARS-CoV-2 шиповой белок (SC2RBD) — а также пять белков, имеющих отношение к таким заболеваниям, как рак, воспаление и аутоиммунные расстройства: IL-7Rɑ, PD-L1, TrkA, IL-17A и VEGF-A. Результаты тестирования показали высочайшую конкурентоспособность: связывание AlphaProteo обеспечивало успехи, сопоставимые с лучшими существующими методами, а в ряде случаев — и значительно превышающие их. Для семи целевых белков кандидаты, сгенерированные AlphaProteo, продемонстрировали сильное связывание с их предполагаемыми белками, что было проверено в экспериментальных условиях. Это подтверждает потенциал AI-системы в интенсификации процесса проектирования белков и предлагает новые возможности для будущих исследований и терапий.

На пути к ответственной разработке белков

Разработка белков стремительно эволюционирует в области науки, открывая новые горизонты для понимания биологических процессов и борьбы с заболеваниями. Эта технология обладает значительным потенциалом — от улучшения диагностических тестов для вирусных инфекций до создания более устойчивых производственных процессов и очистки окружающей среды от загрязнителей. Важно учитывать и возможные риски в области биобезопасности, что требует внимательного подхода к этой области.

Мы активно сотрудничаем с внешними экспертами, чтобы обеспечить безопасное и ответственно-устойчивое продвижение технологий, таких как AlphaProteo. Планируется работать с научным сообществом на решение серьезных биологических вызовов, а также продолжать совершенствование алгоритмов в аспекте повышения их эффективности и универсальности. Специалисты из области машинного обучения, структурной биологии и биохимии объединятся в усилиях для создания комплексных и безопасных решений в области проектирования белков.