Команда штучного інтелекту DeepMind, відомого завдяки надлюдському вмінню грати в шахи, вирішила важливу наукову проблему, що ставила вчених у глухий кут протягом півстоліття. Шахів вона не стосується.
Новітня програма штучного інтелекту AlphaFold допомогла дослідникам продемонструвати можливість прогнозування того, в яку об’ємну структуру згортаються білки. Це надзвичайно складний процес, що має фундаментальне значення для розуміння біологічного механізму життя.
За словами незалежних вчених, це відкриття допоможе дослідникам розібратися в механізмах, що провокують деякі захворювання, і допоможе в розробці ліків та «зелених ферментів», що можуть знищувати пластикові відходи.
У DeepMind вже заявили про початок роботи з декількома групами вчених. Спочатку вони зосередять увагу на малярії, сонній хворобі та лейшманіозі.
«Це найважливіший момент для галузі, — говорить Деміс Хассабіс, засновник та виконавчий директор DeepMind. — Ці алгоритми нарешті стали досить потужними, щоб їх можна було застосувати до дійсно складних наукових завдань».
Венкатраман Рамакрішнан, президент Лондонського Королівського товариства з розвитку знань про природу, назвав цю роботу «приголомшливим проривом», який стався «на десятиліття раніше, ніж передбачали багато фахівців у цій галузі».
Найбільше штучний інтелект DeepMind відомий перемогами над шахістами, гравцями в го, Starcraft II та стару класику Atari. Насправді обігрування людини ніколи не було головним завданням цього штучного інтелекту. Ігри стали тренувальним майданчиком для програм, які могли б вирішувати реальні проблеми.
Згортання білків було такою проблемою для біологів протягом 50 років. Більшість біологічних процесів обертається навколо білків, і форма білка визначає його функцію. Коли вчені дізнаються, як згортається білок, вони зможуть дізнатися, чому це допомагає. Те, як інсулін контролює рівень цукру в крові, і те як антитіла борються з коронавірусом, визначається структурою білка.
Вчені виявили понад 200 мільйонів білків, але структура відома лише для частини з них. Зазвичай структура досліджується в ході копіткої роботи в лабораторіях, яка забирає роки. І хоча вчені набагато просунулися у вирішенні цієї проблеми, вивести структуру білка з його складу — непросте завдання. Білки — це ланцюжки амінокислот, які можуть скручуватися та згинатися в неймовірній різноманітності форм: це одиниця з 300 нулями.
Щоб дізнатися, як білки згортаються, дослідники DeepMind навчили свій алгоритм загальнодоступній базі даних, що містить близько 170 000 білкових послідовностей та їх форми. При роботі на еквіваленті від 100 до 200 графічних процесорів — за сучасними мірками, скромна обчислювальна потужність — навчання зайняло кілька тижнів.
DeepMind випробував AlphaFold на «білкових олімпіадах» Casp (Критична оцінка прогнозування структури білка), які проводяться раз на два роки. Учасники міжнародного конкурсу отримують амінокислотні послідовності близько 100 білків та повинні їх знайти. Результати команд, що використовують комп’ютери, порівнюються з результатами лабораторних робіт.
AlphaFold не тільки перевершив інші комп’ютерні програми, а й досяг точності, порівнянної з трудомісткими лабораторними методами. При ранжируванні за всіма проаналізованими білкам AlphaFold отримав середній бал 92,5 з 100, 90 балів при цьому еквівалентні експериментальним методам.
Хассабіс заявив, що в DeepMind вже почали надавати доступ до AlphaFold різним дослідникам для їхніх робіт. Андрій Лупас, глава Інституту біології розвитку імені Макса Планка в Тюбінгені, Німеччина, розповів, що інститут вже використовував програму для визначення структури білка, яка не порушувався протягом десятиліть.
Джанет Торнтон, почесний директор Європейського інституту біоінформатики EMBL, розташованого поруч з Кембриджем, повідала, що вже й не сподівалася на те, що проблема згортання білків буде вирішена при її житті. «Знання цих структур допоможе нам зрозуміти, як ми працюємо та функціонуємо», — зазначила науковиця.
Дослідження триватимуть далі. «Ми не розуміли, наскільки просунулися в цій області, поки не побачили результати Casp», — говорить Джон Джампер, дослідник з команди DeepMind. На наступному етапі вчені збираються з’ясувати, як білки об’єднуються у більш великі комплекси, і як вони взаємодіють з іншими молекулами в живих організмах.
За матеріалами The Guardian
