«Сворачивание» белков объявлено одним из прорывов искусственного интеллекта в 2024 году. Словно в подтверждение этого ученые сегодня объявили о разработке с помощью искусственного интеллекта противоядия от самых смертоносных ядов змей мамбы, морских и гремучих змей.
Глубокое машинное обучение в диалоге с исследователями помогло создать белки, защищающие организм от смертельных токсинов, что было подтверждено в тестах на мышах — и это только начало.
Сегодня антидоты создаются путем сложного и дорогостоящего метода иммунизации животных. Животным, таким как лошади, вводят змеиный яд и ждут, пока выработаются антитела. Затем антитела извлекаются из собранной крови в центрифуге для получения сыворотки, которая на самом деле является лекарством. Все это занимает недели и месяцы. Машинное обучение обещает радикально сократить время, необходимое для синтеза белков для нейтрализации токсинов, и это, безусловно, будет дешевле и безопаснее.
Исследование было проведено Медицинской школой Вашингтонского университета (г.Университет штата Вашингтон, медицина) в сотрудничестве с Медицинским институтом белковой инженерии Калифорнийского университета и Техническим университетом Дании. В перспективе отметим, что университет подал заявку на патент на противоядие, разработанное с помощью ИИ.
Ежегодно от укусов змей страдают более 2 миллионов человек. По данным Всемирной организации здравоохранения, более 100 000 из них умирают, а 300 000 получают серьезные осложнения и даже становятся инвалидами в результате деформаций конечностей, ампутаций или других последствий. Африка к югу от Сахары, Южная Азия, Папуа-Новая Гвинея и Латинская Америка входят в число мест, где укусы ядовитых змей представляют собой наибольшую проблему для общественного здравоохранения.
Исследовательская группа сосредоточилась на поиске способов нейтрализации яда некоторых элапид. Элапиды — большая группа ядовитых змей, включающая кобр и мамб, обитающих в тропиках и субтропиках.
К ядам этой группы относятся так называемые токсин трех пальцев ног (3FTx). Это химическое вещество повреждает ткани тела, убивает клетки и прерывает сигналы между нервами и мышцами, вызывая паралич и смерть.
Искусственный интеллект помог создать новые белки, которые взаимодействуют с токсинами и связывают их, не давая им достичь рецепторов живых клеток организма. Взаимодействуя с программным обеспечением, ученым было поручено синтезировать термостабильные белки с высокой способностью связываться с токсинами. На практике синтезированные белки почти идеально соответствовали компьютерному дизайну глубокого обучения на атомном уровне.
В лабораторных условиях сконструированные белки эффективно нейтрализовали все три подсемейства протестированных трехпальцевых токсинов. При введении мышам сконструированные белки защищали животных от того, что могло быть для них смертельным.
Инженерные белки имеют много преимуществ. Их можно производить с постоянным качеством с помощью технологии рекомбинантной ДНК, а не путем иммунизации животных. Кроме того, новые белки, разработанные против змеиных токсинов, имеют небольшой размер по сравнению с антителами. Их меньший размер может обеспечить большее проникновение в ткани для быстрого противодействия токсинам и уменьшения повреждений.
Помимо открытия новых способов разработки противоядий, исследователи полагают, что методы компьютерного проектирования можно использовать для разработки других лекарств. Подобные методы также могут быть использованы для поиска лекарств от так называемых забытые болезни, от которых страдают беднейшие страны тропиков и на борьбу с которыми обычно никогда не находят денег.
