Прогнозирование в сворачивании белков назвали одним из прорывов искусственного интеллекта в 2024 году. Словно подтверждая это, учёные сообщили сегодня о разработке с помощью ИИ противоядий от самых смертоносных змеиных ядов мамб, морских и гремучих змей. Глубокое машинное обучение в режиме диалога с исследователями помогло создать белки, защищающие организм от смертельных токсинов, что было подтверждено проверками на мышах. И это только начало.
Сегодня противоядия создаются сложным и дорогостоящим методом иммунизации животных. Животным, например лошадям, вводят яд змей и ждут появления антител. Затем антитела извлекаются из забранной крови на центрифуге, что ведёт к образованию сыворотки — фактически лекарства. На всё это уходят недели и месяцы. Машинное обучение обещает радикально сократить время синтеза белков для нейтрализации токсинов. И это будет, конечно же, дешевле и безопаснее для пострадавших.
Исследование провёл медицинский факультет Вашингтонского университета (UW Medicine) в сотрудничестве с коллегами из Медицинского института по разработке белков Калифорнийского университета и Технического университета Дании. Забегая вперёд, отметим, что университет подал заявку на получение патента на разработанное с помощью ИИ противоядие.
Проблема с укусами змей ежегодно затрагивает свыше 2 млн человек. По данным Всемирной организации здравоохранения, более 100 000 из них умирают, а 300 000 страдают от серьёзных осложнений и даже становятся инвалидами в результате деформации конечностей, ампутации или других последствий. Страны Африки к югу от Сахары, Южная Азия, Папуа-Новая Гвинея и Латинская Америка входят в число мест, где укусы ядовитых змей представляют наибольшую проблему для общественного здравоохранения.
Исследовательская группа сосредоточила своё внимание на поиске способов нейтрализации яда, полученного от определенных элапидов. Элапиды — это большая группа ядовитых змей, среди которых кобры и мамбы, обитающие в тропиках и субтропиках. Яд этой группы включает так называемый токсин трёх пальцев (three-finger toxin, 3FTx). Это химическое вещество повреждает ткани организма, убивая клетки, а также прерывает сигналы между нервами и мышцами, вызывая паралич и смерть.
ИИ помог создать новые белки, которые вступали в соединения с токсинами и связывали их, не допуская к рецепторам клеток живого организма. Взаимодействуя с программой, учёные получали инструкции по синтезу термостабильных белков с высокой способностью связываться с токсинами. Практически синтезированные белки почти полностью соответствовали на атомарном уровне компьютерному дизайну с глубоким обучением.
В лабораторных условиях разработанные белки эффективно нейтрализовали все три подсемейства тестируемых трёхпальцевых токсинов. При введении мышам разработанные белки защищали животных от того, что могло быть смертельным воздействием на них.
Разработанные белки обладают множеством преимуществ. Их можно производить с неизменным качеством с помощью технологий рекомбинантной ДНК, а не путём иммунизации животных. Кроме того, новые белки, разработанные против змеиных токсинов, имеют небольшие размеры по сравнению с антителами. Их меньший размер может обеспечить большее проникновение в ткани для быстрого противодействия токсинам и уменьшения повреждений.
В дополнение к открытию новых путей разработки противоядий, исследователи полагают, что методы компьютерного проектирования могут быть использованы для разработки других лекарств. Такие методы также могут быть использованы для поиска лекарств от так называемых пренебрегаемых заболеваний, которые поражают беднейшие страны в зоне тропиков, на что обычно никогда нет денег.