Созданные искусственным интеллектом белки могут изменить медицину и материалы
Половина премии в размере 1,1 миллиона долларов досталась Джону Джамперу и Демису Хассабису из компании DeepMind за их проект AlphaFold, который в значительной мере решил проблему предсказания структуры белков. Эта задача была сложной для науки на протяжении десятилетий, но AlphaFold позволил точно прогнозировать форму белка, исходя из его химической последовательности. В 2020 году команда показала, что AlphaFold 2 способен на уровне существующих методов визуализации, таких как рентгеновская кристаллография, определять структуру белков, что стало прорывом в биоинформатике.
Вторую половину премии получил Дэвид Бейкер из Вашингтонского университета за решение обратной задачи — создание белков с заданными функциями. Его работа направлена на разработку последовательностей аминокислот, которые формируют белок с определенными свойствами. Начав с программы Rosetta в начале 2000-х, Бейкер и его команда доказали возможность создания совершенно новых белковых структур, что открыло путь к разработке «дизайнерских» белков.
Разработки на базе AlphaFold и Rosetta уже нашли практическое применение. Например, в 2020 году ученые из Вашингтонского университета использовали эти инструменты для создания белков, которые блокируют проникновение вируса SARS-CoV-2 в клетки человека. Это позволило создать новую вакцину под названием SKYCovione, одобренную в Южной Корее и Великобритании. В настоящее время исследования продолжаются, и ученые разрабатывают вакцину от гриппа, которая может заменить ежегодные прививки, а также препараты против респираторного вируса, опасного для детей и пожилых людей.
Также ведутся работы над белками, способными связываться с молекулами на поверхности раковых клеток, что позволяет использовать их для адресной доставки химиотерапевтических препаратов. Разработка вирусоподобных белковых контейнеров позволяет доставлять лекарства прямо к опухолевым клеткам, что повышает эффективность терапии.
ИИ также помогает создавать ферменты для небиологических целей. Например, ученые разрабатывают белки, которые могут разлагать пластиковые отходы или эффективно поглощать углекислый газ. Это особенно важно в условиях борьбы с изменением климата. Команда Бейкера показала, что можно повысить эффективность ферментов, которые захватывают углекислый газ, что открывает перспективы для создания более эффективных систем очистки воздуха.
В будущем исследователи планируют использовать белки для захвата метана — еще одного мощного парникового газа. Такие разработки могут сыграть важную роль в смягчении последствий глобального потепления.
Хотя некоторые идеи, такие как создание искусственных мышц, управляемых светом, пока остаются на уровне научной фантастики, скорость, с которой развиваются технологии дизайна белков, позволяет предполагать, что эти идеи могут стать реальностью в ближайшие годы.
Ранее сообщалось, что российские ученые сумели выделить и изучить белок, который, как предполагается, способствует возникновению устойчивости бактерий к антибиотикам.
