Pētnieki no Nobela prēmijas laureāta Deivida Beikera laboratorijas un Vašingtonas Universitātes Proteīna dizaina institūta (IPD) ir izmantojuši mākslīgo intelektu, lai izstrādātu antivielas no nulles, tādējādi radot vēl vienu izrāvienu, kas maina zinātnieku un viņu pētniecības jomu.
“Tas tiešām bija grandiozs izaicinājums — sapnis,” sacīja Endrjū BorstsIPD elektronu mikroskopijas pētniecības un attīstības vadītājs. Tagad, kad viņi ir sasnieguši inženiertehnisko antivielu pagrieziena punktu, kas veiksmīgi saistās ar viņu mērķiem, pētniecība “var turpināties, un tā var sasniegt augstumus, kādus jūs šobrīd nevarat iedomāties.”
Borsts un viņa kolēģi publicē savus darbus recenzētajā žurnālā Daba.
Pirms mākslīgā intelekta rīku parādīšanās zinātnieki izveidoja antivielas, imunizējot dzīvniekus un cerot, ka tie radīs noderīgas molekulas. Course of bija darbietilpīgs un dārgs, taču ārkārtīgi svarīgs. Daudzas spēcīgas jaunas zāles vēža un autoimūno slimību ārstēšanai ir balstītas uz antivielām, izmantojot olbaltumvielas, lai sasniegtu konkrētus mērķus.
Beikers, kurš pagājušajā gadā saņēma Nobela prēmiju ķīmijā, tika atzīts par darbu, kas atklāj proteīnu molekulāro dizainu un izstrādā ar mākslīgo intelektu darbināmus rīkus, lai ātri izveidotu un pārbaudītu jaunus. Tehnoloģija mācās no esošajiem proteīniem un to funkcionēšanas, pēc tam izveido dizainu, lai atrisinātu konkrētas problēmas.
Jaunajā pētījumā komanda koncentrējās uz sešām proteīna cilpām uz antivielas rokām, kas kalpo kā pirksti, kas satver savu mērķi. Agrākie centieni varētu izmainīt, iespējams, vienu no cilpām, taču jaunākās tehnoloģijas nodrošina daudz lielāku spēli.
“Mēs sākam pilnīgi no nulles — no cilpas perspektīvas – tāpēc mēs izstrādājam visus sešus,” sacīja Roberts RagoteIPD pēcdoktorantūras pētnieks. “Guess pārējā antiviela, ko sauc par ietvaru, faktiski paliek nemainīga.”
Cerams, ka, saglabājot pazīstamo vairuma antivielu cilvēcisko raksturu, pacienta imūnsistēma ignorēs zāles, nevis uzbruks citādi svešai molekulai.
Pētnieki pārbaudīja savus datoru darbus pret vairākiem reālās pasaules mērķiem, tostarp hemaglutinīnu, gripas vīrusu proteīnu, kas ļauj tiem inficēt saimniekšūnas; spēcīgs toksīns, ko ražo C. difficile baktērijas; un citi.
Laboratorijas testi parādīja, ka vairumā gadījumu jaunās antivielas saistās ar saviem mērķiem, kā paredzēja tiešsaistes simulācijas.
“Tie bija saistoši pareizajā veidā ar pareizo formu pret pareizo mērķi interesējošā vietā, kas potenciāli varētu būt noderīga kāda veida terapeitiskam efektam,” sacīja Borsts. “Tas bija patiešām neticams rezultāts, ko redzēt.”
Borsts piebilda, ka skaitļošanas un mitrās laboratorijas biologi cieši sadarbojās, ļaujot zinātniekiem pilnveidot savus digitālos dizainus, pamatojoties uz to, ko atklāja reālās dzīves eksperimenti.
Antivielu izveidošanai izmantotā programmatūra ir brīvi pieejama GitHub, lai to varētu izmantot ikviens. Xaira Therapeutics, labi finansēts biotehnoloģiju jaunuzņēmums, kuru vada IPD absolventi, ir licencējis dažas tehnoloģijas savām komerciālajām darbībām un vairākiem autoriem. Daba papīrs pašlaik strādā uzņēmumā.
Lai gan pētījuma ietvaros izveidotās antivielas parādīja programmatūras potenciālu, potenciālās terapijas izstrādei ir jāveic daudz vairāk soļu. Kandidātzāles ir jāoptimizē, lai nodrošinātu tādas papildu funkcijas kā augsta šķīdība, spēcīga afinitāte pret mērķi un imunogenitātes samazināšana, kas ir nevēlama imūnreakcija.
Pirms pievienošanās IPD pirms četriem gadiem Ragote bija maģistrants, kurš veica parasto antivielu atklāšanu un raksturojumu, izmantojot dzīvniekus.
Viņš teica, ka ideja, ka kādu dienu jūs varētu nokļūt datorā, izvēlēties mērķi un izveidot DNS projektu proteīna veidošanai, bija gandrīz neiedomājama. “Mēs par to runātu, wager tajā brīdī tā pat nešķita kā risināma problēma.”
The Daba Pētījuma nosaukums ir “Atomiski precīzs de novo antivielu dizains ar RF difūziju”. Galvenie autori ir Nataniels Benets, Džozefs Vatsons, Roberts Ragots, Endrjū Borsts, Dedžena Sē,
Connor Weidle un Riti Biswas, kuri visi bija saistīti ar UW pētījuma veikšanas laikā, un Yutong Yu no Kalifornijas universitātes, Irvine. Deivids Beikers ir vecākais autors.
Papildu autori ir: Ellen Shrock, Russell Ault, Philip Leung, Buwei Huang, Inna Goreshnik, John Tam, Kenneth Carr, Benedikt Singer, Cameron Criswell, Basile Wicky, Dionne Vafeados, Mariana Sanchez, Ho Kim, Susana Torres, Sidney Chan, Shirley Kesel Solar Džons Māris, Nikolaoss Sgourakis, Romāns Meļņiks un Čangs Liu.
