AI może pomóc nam wyleczyć niezliczone choroby – i zapoczątkować nowy złoty wiek medycyny | Samuel Hume

Alphafold może być najbardziej ekscytującą innowacją naukową tego stulecia. Od Google Deepmind i Po raz pierwszy zgłoszony W 2020 r. Wykorzystuje sztuczną inteligencję, aby wymyślić strukturę 3D białka. Technologia została już wykorzystana do rozwiązywania podstawowych pytań w biologii, przyznała Nagrodę Nobla (w chemii – Demis Hassabis i Johnowi Jumperze) i zrewolucjonizowało odkrycie leków. Jak większość sztucznej inteligencji, jest coraz lepiej – i dopiero zaczynaj.

Struktura białka daje nam wskazówki na temat jego funkcji i pomaga nam projektować nowe leki. Alphafold, który był przeszkolony W ogromnej bazie danych rozwiązywanych eksperymentalnie struktur zwanych Bankem danych białkowych przewiduje strukturę białka opartą na sekwencji aminokwasowej.

W przeszłości pierwszym krokiem byłoby wytworzenie ogromnej ilości białka – przy użyciu litrów bakterii lub wirusa. Byś modlić się aby białko mogło złożyć w kryształową sieć (niezwykle trudną), a następnie wystrzelić w nim wysokoenergetyczne promienie rentgenowskie. Nazywa się to krystalografią rentgenowską i może to potrwać lata. Teraz Alphafold może to zrobić w ciągu kilku minut (i o wiele bardziej tanio).

Kiedy Alphafold rywalizował w rozwiązywaniu struktury białka konkurs W 2020 r. Było tak dobrze, że niektórzy oskarżyli zespół Alphafold o oszustwo. Po raz pierwszy Alphafold stał się najnowocześniejszym sztuką. Obecnie w bazie danych Alphafold jest około 250 000 000 struktur białkowych, z której korzystało prawie 2 miliony ludzi z 190 krajów-znacznie więcej osób niż krystalografia rentgenowska!

Zrobiłem doktorat na temat biologii raka. Chciałbym rozwiązać strukturę białka, nad którym pracowałem. Może mógłbym nawet użyć go do zrobienia nowego leku. Teraz mogę iść do Serwer Alphafold i wyprodukuj strukturę w ciągu pięciu minut, która pochłonąłaby cały mój doktorat.

Dr Pauline Lascaux, biolog molekularny i strukturalny z University of Oxford, powiedziała, że ​​Alphafold był dla niej kluczowy Najnowsze badaniektóry odkrył nowy sposób, w jaki komórki naprawi DNA, i że powołuje się na to ponad 90% badań.

Jak więc wygląda odkrycie narkotyków z Alphafold? W tym Ostatnie badanie naukowenaukowcy używali Alphafolda do przewidywania struktury receptora serotoniny, który kontroluje nastrój. Poprzez w silico Testowanie (na komputerach) testowali, która z cząsteczek 1,6 mld (!) może wiązać strukturę alfafolda. Znaleźli serię cząsteczek, które związały się znacznie bardziej niż leki generowane przez konwencjonalne – eksperymentalne – podejście, które mogą być nowymi lekami na zaburzenia nastroju.

Alphafold istnieje dopiero od 2020 r., Ale jego wpływ był meteoryczny. Oto trzy najważniejsze odkrycia, które dotychczas włączyły Alphafold:

1. Rozwiązanie a Dziesięcioleci problem: Struktura kompleksu porów jądrowych, jednej z największych struktur w komórce. Ten kompleks jest strażnikiem wejścia do jądra, który trzyma DNA komórki. Jest to zaangażowane w raka, starzenie się i neurodegenerację – a teraz wiemy, jak to wygląda na poziomie atomowym.

2. Znalezienie nowego leku na raka wątroby. W laboratorium (nie u pacjentów), lek, który cele białko raka CDK20zapobiegło wzrostowi raka wątroby.

3. Pomaganie w zaprojektowaniu „strzykawki molekularnej”, która dostarcza Ładunek białka terapeutyczny do komórek ludzkich.

Istnieją również firmy oparte na Alphafold. Jeśli Alphafold rozwiązuje zamek, to Alphaproteo zapewnia klucz. Alphaproteo wykorzystuje struktury Alphafolda do projektowania cząsteczek, które mogą wiązać się z innymi białkami i modulować. Zostało to wykorzystane do generowania cząsteczek, które nigdy wcześniej nie zostały stworzone-do celowania w Covid-19, raka i autoimmunizacji.

Również z Deepmind, Alphamissense Poradza sobie z problemem mutacji missense – niewielkie zmiany genów, z niepewnym wpływem funkcjonalnym. Pomimo ich rozpowszechnienia wiemy tylko, czy około 2% tych zmian jest patogennych. Alphamissense modeluje strukturę mutacji za pomocą alfafolda: jeśli struktura białka się zmienia, prawdopodobnie jest patogenna. Może to zmienić diagnozę i leczenie rzadkich chorób genetycznych.

Nie wiemy jeszcze, czy leki zaprojektowane przy użyciu Alphafolda przejdą z powodzeniem w badaniach klinicznych i żaden nie został jeszcze testowany na ludziach – tylko czas pokaże.

W przyszłości Alphafold może umożliwić odkrycie nowych leków przez osoby, mogą znaleźć leki na nieuzasadnione cele i odblokować tajemnice życia molekularnego. (Pewnego dnia Alphafold pomógł rozwiązać Struktura mostu plemników, która powstaje podczas zapłodnienia.)

Jeśli pierwszym pokoleniem odkrywania narkotyków było pokolenie przyrody, które dało nam aspirynę (z kory wierzby), a drugim było pokolenie biotechnologiczne, które dało nam Ozempic, wówczas przeprowadziliśmy się do trzeciego pokolenia: pokolenia AI.