Nature: ИИ генерирует белки с исключительной прочностью связывания

В новом исследовании, опубликованном 18 декабря в журнале Nature, сообщается об успехах биотехнологии, достигнутых с помощью искусственного интеллекта и имеющих значение для разработки лекарств, выявления заболеваний и мониторинга окружающей среды.

Ученые из Института дизайна белков при Медицинской школе Вашингтонского университета использовали программное обеспечение для создания белковых молекул, которые связываются с исключительно высоким сродством и специфичностью с различными сложными биомаркерами, включая человеческие гормоны. Примечательно, что ученые добились самой высокой силы взаимодействия между сгенерированной компьютером биомолекулой и ее мишенью.

Старший автор Дэвид Бейкер, профессор биохимии UW Medicine, исследователь Медицинского института Говарда Хьюза и лауреат премии Frontiers of Knowledge Award 2023 года в области биологии и биомедицины, подчеркнул потенциальное влияние: «Способность генерировать новые белки с таким высоким сродством к связыванию и специфичностью открывает целый мир возможностей — от новых методов лечения заболеваний до передовой диагностики».

Команда, возглавляемая сотрудниками Лаборатории Бейкера Сусаной Васкес-Торрес, Преетамом Венкатешем и Филом Люном, поставила перед собой задачу создать белки, способные связываться с глюкагоном, нейропептидом Y, паратиреоидным гормоном и другими спиральными пептидами-мишенями. Такие молекулы, играющие важнейшую роль в биологических системах, особенно трудно распознать лекарственным и диагностическим средствам, поскольку они часто не имеют стабильной молекулярной структуры. Антитела могут использоваться для обнаружения некоторых из этих медицинских целей, но их производство зачастую обходится дорого и имеет ограниченный срок годности.

Сегодня существует множество заболеваний, которые трудно лечить только потому, что обнаружить определенные молекулы в организме очень сложно. В качестве инструментов для диагностики сконструированные белки могут стать более экономичной альтернативой антителам», — объясняет Венкатеш.

В исследовании представлен новый подход к проектированию белков, использующий передовые методы глубокого обучения. Исследователи представляют новый способ использования RFdiffusion, генеративной модели для создания новых форм белков, в сочетании с инструментом для проектирования последовательностей ProteinMPNN. Разработанные в лаборатории Бейкера, эти программы позволяют ученым создавать функциональные белки эффективнее, чем когда-либо прежде.

Сочетая эти инструменты по-новому, команда создала связывающие белки, используя ограниченную информацию о цели, например, только аминокислотную последовательность пептида. Широкие последствия такого подхода «build to fit» предполагают новую эру в биотехнологии, когда белки, созданные искусственным интеллектом, можно будет использовать для обнаружения сложных молекул, имеющих отношение к здоровью человека и окружающей среде.

Мы являемся свидетелями захватывающей эры в конструировании белков, когда передовые инструменты искусственного интеллекта, подобные тем, что представлены в нашем исследовании, ускоряют процесс улучшения активности белков. Этот прорыв изменит ландшафт биотехнологий, — отметил Васкес-Торрес.

В сотрудничестве с лабораторией Джозефа Роджерса в Копенгагенском университете и лабораторией Эндрю Хуфнагла в UW Medicine команда провела лабораторные испытания для проверки своих методов биодизайна. С помощью масс-спектрометрии были обнаружены разработанные белки, которые связываются с пептидами в низкой концентрации в сыворотке крови человека, что продемонстрировало потенциал для чувствительной и точной диагностики заболеваний.

Кроме того, было обнаружено, что белки сохраняют способность связываться с мишенью, несмотря на жесткие условия, включая высокую температуру, что является важным атрибутом для применения в реальных условиях. Чтобы продемонстрировать потенциал метода, исследователи интегрировали высокоаффинный связыватель паратиреоидного гормона в биосенсорную систему и добились 21-кратного увеличения биолюминесцентного сигнала в образцах, содержащих целевой гормон. Такая интеграция в диагностическое устройство подчеркивает возможность непосредственного практического применения белков, созданных искусственным интеллектом.

18.12.2023


Подписаться в Telegram



Net&IT

Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр

В сериале Звездный путь: Следующее поколение к...

Physical Review X: Сеть квантовых датчиков повышает точность измерений
Physical Review X: Сеть квантовых датчиков повышает точность измерений

Квантовые системы, используемые в квантов...

Scientific Reports: ИИ показал больший творческий потенциал, чем человек
Scientific Reports: ИИ показал больший творческий потенциал, чем человек

Еще один балл в пользу искусственного инт...

Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее
Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее

Несколько лет назад исследователи Массачу...

Ученые приблизились к более легким и гибким оптоэлектронным устройствам
Ученые приблизились к более легким и гибким оптоэлектронным устройствам

Органические оптоэлектронные устройства, такие...

PNAS Nexus: ИИ пока еще далеко до человеческих способностей мыслить
PNAS Nexus: ИИ пока еще далеко до человеческих способностей мыслить

Атанасиос С. Фокас рассматривает актуальный во...

Nature: ИИ генерирует белки с исключительной прочностью связывания
Nature: ИИ генерирует белки с исключительной прочностью связывания

В новом исследовании, опубликованном 18 декабр...

Nature Computational Science: ИИ может предсказывать события в жизни людей
Nature Computational Science: ИИ может предсказывать события в жизни людей

Искусственный интеллект, разработанный для&nbs...

Nature Electronics: Изменение памяти дает новые вычислительные возможности
Nature Electronics: Изменение памяти дает новые вычислительные возможности

Ученые Рочестерского университета разработали ...

Nature: 2D-материал изменяет форму 3D-электроники для искусственного интеллекта
Nature: 2D-материал изменяет форму 3D-электроники для искусственного интеллекта

Многофункциональные компьютерные чипы эволюцио...

Началась регистрация на конкурс «Битва искусственных интеллектов»
Началась регистрация на конкурс «Битва искусственных интеллектов»

Стартовал отборочный этап Международного техно...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Evolution: Островные летучие мыши одного вида эволюционируют по-разному
Evolution: Островные летучие мыши одного вида эволюционируют по-разному
EGU: 41 000 лет назад атмосферу Земли пронзили космические лучи
EGU: 41 000 лет назад атмосферу Земли пронзили космические лучи
Созданы чернила для 3D-печати гибких устройств без механических соединений
Созданы чернила для 3D-печати гибких устройств без механических соединений
Исследователи изучают влияние сольватации и валентности ионов на металлополимеры
Исследователи изучают влияние сольватации и валентности ионов на металлополимеры
New Phytologist: Сети прожилок на листьях появились 201 млн лет назад
New Phytologist: Сети прожилок на листьях появились 201 млн лет назад
«Литнет» выяснил, что привлекает читателей в книгах о космосе
«Литнет» выяснил, что привлекает читателей в книгах о космосе
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр
New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз
New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз
Инженеры создают более выгодную сеть для распределения солнечной энергии
Инженеры создают более выгодную сеть для распределения солнечной энергии
JSPR: Между кортизолом и социальной поддержкой в семейных парах нашли связь
JSPR: Между кортизолом и социальной поддержкой в семейных парах нашли связь
ACS Nano: Зубы нутрий и бобров помогут ученым вывести формулу совершенной эмали
ACS Nano: Зубы нутрий и бобров помогут ученым вывести формулу совершенной эмали
GBE: ДНК древних пингвинов Адели выявило повторы возрастом сотни миллионов лет
GBE: ДНК древних пингвинов Адели выявило повторы возрастом сотни миллионов лет
IC: Исследователи тестируют биологическую безвредность нейроморфной сети
IC: Исследователи тестируют биологическую безвредность нейроморфной сети
EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент
EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент
Шёнингенские копья доказали: 300 000 лет назад древесина была важнейшим сырьем
Шёнингенские копья доказали: 300 000 лет назад древесина была важнейшим сырьем

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса