Egy MI eszköz felgyorsíthatja az életmentő gyógyszerek felfedezését
Kínai kutatók bemutattak egy új mesterséges intelligencia keretrendszert, amely felgyorsíthatja az új gyógyszerek felfedezését. A DrugCLIP néhány óra alatt több millió potenciális gyógyszerkészítményt képes átvizsgálni több ezer fehérje célponttal szemben – ez tízmilliószor gyorsabb, mint a jelenlegi virtuális szűrési módszerek.
Általában, amikor a tudósok új gyógyszereket fejlesztenek, komplex számítógépes szimulációkat használnak, hogy egy 3D gyógyszermolekulát beillesszenek egy fehérje-tasakba (protein pocket). Ez azt jelzi, hogy valószínűleg kölcsönhatásba lép a fehérje kötőhelyével és funkciójával. Ez a folyamat azonban rendkívül időigényes és drága.
Más megközelítés
Ezért Yanyan Lan és kollégái a Tsinghua Egyetemen úgy döntöttek, hogy más megközelítést alkalmaznak a gyógyszerfejlesztéshez, amint azt a Science folyóiratban megjelent tanulmányukban leírják. A lassú fizikai szimulációk helyett a DrugCLIP úgy működik, mint egy nagy sebességű keresőmotor.
A program két neurális hálózatot használ, egyet a fehérje-tasakhoz és egyet a molekulához. Ezeket úgy képezi hogy mindkét komponenst matematikai vektorokká alakítja, és ha van illeszkedés, ezek közel lesznek egymáshoz egy közös digitális térben.
Az AI-nak csak a vektorok közötti távolságot kell mérnie, hogy megtalálja az illeszkedést. A potenciális gyógyszer fizikai alakjának számokká alakításával a rendszer trillió lehetőséget tud azonnal áttekinteni.
Ahhoz, hogy ez egyszerre több ezer célpontra is működjön, a csapat egy másik mesterséges intelligencia programot, az AlphaFold 2-t használt, hogy előre jelezze körülbelül 10 000 emberi fehérje 3D-szerkezetét. Ez megmutatja, hogyan tekerednek a fehérjék a működésükhöz szükséges 3D-formákká.
Bár a számítógép által generált formák általában helyesek, a tasakok, amikhez a gyógyszernek illeszkednie kell gyakran nem elég pontosak. Ezért a kutatók létrehozták a GenPack programot, amely már elég pontos tasakokat hoz létre ahhoz, hogy a DrugCLIP megtalálja a megfelelőt.
Szupergyors
A tesztek során az AI motor a teljes emberi genom fehérjekódoló részének körülbelül felét képviselő célpontokat vizsgálta meg. 500 millió potenciális gyógyszermolekulát párosított 10 000 fehérje célponttal, és egy nap alatt 10 milliárd vizsgálatot végzett el. A DrugCLIP egy megfelelő molekulát talált a TRIP12-hez is, egy rákhoz és autizmushoz kapcsolódó fehérjéhez. Ez előzőleg megnehezítette a tudósok dolgát, mert szerkezete nem volt ismert.
„A DrugCLIP egy ultranagy sebességű virtuális szűrési módszer, amelyet szigorúan validáltunk in silico benchmark értékeléssel és nedves laboratóriumi kísérletekkel” – kommentálták a tudósok a cikkükben. „Sebessége lehetővé teszi a trillió méretű szűrést, amely lefedi az emberben gyógyszeres kezelésre alkalmas proteomot (egy organizmus által expresszált fehérjék teljes készlete), és nyílt hozzáférésű forrást biztosít, amely alapot képez a következő generációs gyógyszerkutatáshoz, különösen a kevésbé ismert célpontok esetében.”
A DrugCLIP és a 10 000 fehérjét tartalmazó adatbázis ingyenesen elérhető, így a tudósok világszerte felhasználhatják őket új gyógyszerek kutatásához.