Dirbtinis intelektas ką tik pranoko milijonus evoliucijos metų. Tai bus medicinos revoliucija.

„Integra Therapeutics“ reikėjo didelių kalbų modelių (LLM), kad galėtų sukurti naujus, labai efektyvius, genų redagavimo baltymus, kurie pranoktų, natūraliai susidarančių, baltymų galimybes ir apribojimus. Tradiciniai baltymų inžinerijos metodai buvo per lėti ir apsiribojo esamais natūraliais baltymais, trukdydami kurti pažangias terapijas.

 

Bendrovės naudojamų, baltymų LLM buvo išspręsta keletas pagrindinių iššūkių, kylančių, kuriant genų rašymo platformą „FiCAT“:

 

Natūralių baltymų apribojimai

 

„Integra“ genų redagavimo platforma „FiCAT“ naudoja „PiggyBac“ transpozazes – fermentus, kurie gali kirpti ir įklijuoti DNR sekas – naujiems genams įterpti į konkrečią, saugią genomo vietą.

 

Našumo ribos: natūraliai susidarančios, „PiggyBac“ transpozazės arba variantai, modifikuoti tradicine inžinerija, galėjo būti optimizuoti tik iki tam tikro taško.

 

Nespecifinis įterpimas: įprasti genų redagavimo vektoriai gali įterpti genus atsitiktinai, o tai kelia susirūpinimą dėl saugumo terapiniuose taikymuose. Kad „FiCAT“ platforma būtų tikslesnė, „Integra“ reikėjo sukurti visiškai naujus, programuojamus fermentus.

 

De novo baltymų projektavimo iššūkis

 

Prieš atsirandant dirbtiniam intelektui, naujų baltymų kūrimas „nuo nulio“ buvo pagrindinė skaičiavimo biologijos kliūtis.

 

Didelė projektavimo erdvė: Yra beveik begalinis skaičius galimų aminorūgščių sekų baltymams. Naudojant tradicinius metodus, skaičiavimo požiūriu neįmanoma ištirti ir įvertinti visų šių galimybių.

 

Laikas ir darbas: Tradiciniai metodai rėmėsi sunkiais ir, daug laiko reikalaujančiais, bandymų ir klaidų eksperimentais, dažnai pradedant nuo esamų natūralių baltymų ir atliekant mažus, laipsniškus pakeitimus.

 

Kaip didelių kalbos modelių technologai (LLM) išsprendė šias problemas „Integra“ programai?

 

Apmokydama baltymų didelių kalbos modelių technologiją (LLM) didžiulėse žinomų baltymų sekų duomenų bazėse, „Integra“ išmokė DI „gramatikos“ arba pagrindinių funkcinio baltymų projektavimo principų.

 

Tai suteikė tris pagrindinius privalumus:

 

Pagreitintas atradimas: Užuot dirbus natūralios evoliucijos ribose, LLM galėjo būti naudojamas visiškai naujoms, sintetinėms, baltymų sekoms generuoti nuo nulio. Šis gebėjimas žymiai paspartino naujų baltymų atradimą.

 

Išplėsta funkcinė įvairovė: DI sukūrė „PiggyBac“ transpozazės variantus su padidintu aktyvumu, kurie pranoko geriausias, gamtoje randamas, versijas. Tai išplėtė „Integra“ technologijos potencialą, viršijantį, natūraliai prieinamą, lygį.

 

Pagerintas terapinis suderinamumas: Dirbtinio intelekto sukurtos, transpozazės buvo sukurtos, siekiant didesnio suderinamumo su „Integra“ FiCAT platforma, atveriant kelią efektyvesnei inžinerinės ląstelių terapijos gamybai.

 

Šis naujas būdas sulaukė entuziastingo susidomėjimo Lenkijos žiniasklaidoje (lietuvių žurnalistai dabar užsiėmę vienu ir vieninteliu klausimu: kam priklauso Krymas? Kas atsakys į šį klausimą, remdamasis Lietuvos vadovų propaganda, kitą savaitę taps Lietuvos kultūros ministru):

 

„Mokslininkai pasiekė proveržį, pasitelkdami dirbtinį intelektą sintetiniams baltymams kurti. Šie baltymai pranoksta jų natūralius atitikmenis. Jau kalbama apie „paradigmos pokytį“ genų inžinerijoje.“

 

Ispanijos tyrėjai, pasitelkdami generatyvinio dirbtinio intelekto galią, sukūrė sintetinius genomo redagavimo baltymus, kurių aktyvumas ir tikslumas pranoksta jų natūralius atitikmenis, suformuotus milijonų evoliucijos metų. Šis nepaprastas atradimas ką tik buvo paskelbtas žurnale „Nature Biotechnology“. Ekspertai mano, kad šis pasiekimas atveria kelią veiksmingesnėms ir prieinamesnėms genų terapijoms. Tai žada proveržius, gydant vėžį ir retas ligas, be kita ko.

 

„Molekulinės žirklės“. Ką jos gali padaryti?

 

Tai akimirka, kurią ekspertai nedvejodami vadina genų inžinerijos paradigmos pokyčiu. Pirmą kartą istorijoje mokslininkai įrodė, kad dirbtinis intelektas gali ne tik mėgdžioti gamtą, bet ir sukurti „biologinius įrankius“, pranašesnius už tuos, kurie buvo sukurti evoliucijos būdu. Šį proveržį pasiekė „Integra Therapeutics“ tyrėjai, kurie, bendradarbiaudami su Pompeu Fabra universitetu Ispanijoje ir jo Genomo reguliavimo centru (CRG), panaudojo didelius kalbos modelius (LLM), kad sukurtų visiškai naujus, vadinamuosius hiperaktyvius baltymus. Norėdami vizualizuoti šį atradimą, įsivaizduokite „molekulines žirkles“, galinčias karpyti ir įklijuoti DNR fragmentus žmogaus ląstelėse. Šie dirbtinio intelekto sukurti fermentai laboratoriniuose tyrimuose parodė žymiai didesnį efektyvumą ir tikslumą, nei jų natūralūs variantai. Tai išsprendžia vieną iš pagrindinių problemų, iki šiol ribojusių pažangių genų terapijų kūrimą ir prieinamumą.

 

Tačiau, prieš pradedant dirbti dirbtiniam intelektui, jam reikėjo duomenų. Tyrėjų komanda atliko precedento neturinčią kompiuterinę biožvalgybos analizę, išieškodama daugiau, nei 31 000, eukariotinių genomų. Dėl to buvo atrasta daugiau, nei 13 000, anksčiau nežinomų sekų, o po patikrinimo žmogaus ląstelėse buvo atrinktos 10 aktyviausių, iš kurių dvi atitiko, anksčiau laboratorijose optimizuotų, versijų našumą. Šis didžiulis ir unikalus duomenų rinkinys buvo naudojamas dirbtinio intelekto modeliams apmokyti. Kaip pažymi dr. Marcas Güellas, „Integra Therapeutics“ mokslinis direktorius, genAI pirmą kartą buvo panaudotas, kuriant „sintetinius gamtos elementus ir tęsinius“.

 

Algoritmų sukurti baltymai ne tik išsaugojo savo struktūrinį vientisumą, bet ir pasirodė esą labiau suderinami su šiuolaikinėmis genų redagavimo platformomis. Vienas variantas pademonstravo išskirtinai stiprų aktyvumą žmogaus T limfocituose – ląstelėse, kurios yra labai svarbios, kuriant novatoriškas imunoonkologijos terapijas, tokias, kaip CAR-T.

 

Iki šiol baltymų inžinerija daugiausia apėmė kruopštų esamų, natūralių struktūrų modifikavimą. Projektavimas, pasitelkiant DI, leidžia sukurti visiškai naujus molekulinius įrankius, peržengiant evoliucijos nustatytus apribojimus ir suteikiant jiems, terapiškai pageidaujamų, savybių. Tai suteikia vilties dėl veiksmingesnio gydymo, geresnės gamybos ir mažesnių terapijos išlaidų.

 

Prieš kelias savaites „Integra Therapeutics“ gavo beveik 11 mln. eurų iš Europos Komisijos mokslinių tyrimų plėtrai. Svarbu tai, kad vis daugiau įmonių svarsto tokio tipo dirbtinio intelekto taikymą – pavyzdžiui, „Profuent Bio“ tyrinėja šį potencialą ir jau sėkmingai kuria „OpenCRISPR-1“ – dirbtinio intelekto sukurtą, genų redaktorių (jis demonstruoja 95 % mažiau nenumatytų šalutinių poveikių). Neseniai paleista „Google DeepMind“ platforma „AlphaProteo“ patvirtino šios tendencijos augančią svarbą. Analitikai prognozuoja, kad, dirbtinio intelekto pagalba kuriamų, baltymų rinkos vertė 2033 m. išaugs nuo dabartinių 1,5 mlrd. USD iki 7 mlrd. USD.”