Игорь Лалаянц
Применением ИИ для дизайна новых белковых последовательностей занимаются во многих научных центрах мира. Изображение сгенерировано нейросетью Kandinsky 2.2
Астрофизический термин «сингулярность» означает «схлопывание» (collaps) выгоревшей звезды, после чего ее остатки дают нейтронную звезду или черную дыру. В квантовой физике в конечном итоге пришли к одиночным (single) атомам, протон-нейтронам и электронам, а затем и к одиночным фотонам. Работать и экспериментировать с ними непросто, но зато не надо иметь дело со «статистиками». Так, например, точности хода первых цезиевых часов не хватало для создания систем Глонаса и GPS именно из-за статистических эффектов.
Стремление к «сингулярности» отмечено не только в астрофизике. Не так давно началась геномная эра, клонирование генов и их перенос в клетки кишечной палочки, что легло в основу создания биотехнологии. Затем появились машины для секвенирования (дешифровки) последовательностей нуклеотидов в цепи молекулы ДНК. Изменение одной «буквы» генетического кода в ней может иметь серьезные медицинские последствия.
Сегодня речь идет о чтении одиночных цепей ДНК, для чего их пропускают сквозь поры. Новый оригинальный подход к чтению одиночных ДНК предложили в токийском Университете сельского хозяйства и технологии. Суть подхода в использовании биопоры, представляющей собой белок гемолизин с проходящим в нем каналом. Его использование предупреждает, как пишут японцы, загрязнение анализируемой ДНК, что повышает точность анализа ДНК.
В Стэнфорде объявили о скором начале работы линейного ускорителя-акселератора электронов (SLAC), отклонение пучка которых дает рентгеновское излучение. Повышение скорости разгона электронов до околосветовой (релятивистской) позволит получать до миллиона рентгеновских импульсов в секунду, что намного больше нынешних 120. Это, в свою очередь, позволит детально разглядеть квантовые пертурбации молекул и резко повысить разрешение. Повышение скорости фиксации атомно-молекулярных преобразований-трансформаций позволит быстрее и увереннее создавать новые лекарства направленного таргетного действия, а также удешевит процесс.
По другую сторону Атлантики сотрудники британского синхротрона также предложили использовать генерируемые им рентгеновские лучи в сочетании с дифракцией электронов. Последняя определяется как фрагментация, рассеяние частиц. Это свойственно всякому волновому процессу. Свое детище англичане назвали HeXI (High-energy electron X-tallography Instrument), подразумевая использование электронов с энергией уровня мега-электрон-Вольт (MeV). Подразумевается, что ученые с точностью, которая будет намного выше, чем у нынешних электронных микроскопов, будут исследовать структуру функциональных белков, изменение структуры которых пагубно сказывается на состоянии и функциях клеток.
Структуры повышенной прецизионности помогут и развитию искусственного интеллекта (ИИ). Применением ИИ для дизайна новых белковых последовательностей занимаются в Гарварде. Но мало установить порядок расположения аминокислот в белковой цепи, она еще должна принять 3D-структуру, чтобы стать функциональной. Сейчас для «перевода» линейной цепи в трехмерную форму используются различные алгоритмы. Проблема, однако, в том, что биомолекулы все время меняют свою форму. Часто бывает трудно сказать, какая же из малых молекул или антител окажется максимально эффективной. Для этого и нужно знание экспериментальной вариабельности молекул, чтобы лекарственный «удар» был максимально точным и не вызывал побочных эффектов.
