Піонери AI працюють над створенням віртуальної моделі людської клітини

Спільні зусилля експертів зі Стенфордського університету, Genentech та Ініціативи Чана-Цукерберга спрямовані на використання штучного інтелекту для розробки першої у світі віртуальної людської клітини. Ця новаторська ініціатива може значно покращити наше розуміння біології людини, полегшити експерименти in silico, прискорити медичні дослідження та прокласти шлях до персоналізованої медицини.

ШІ та віртуальні людські клітини

Дослідники зі Стенфордського університету, Genentech та Ініціативи Чана-Цукерберга вважають, що досягнення в області штучного інтелекту (ШІ) і доступність великомасштабних біологічних даних створили «безпрецедентну можливість» створити першу у світі віртуальну клітину людини. Ця модель на основі штучного інтелекту може моделювати складну поведінку людських біомолекул, клітин і навіть цілих тканин і органів.

У пошуках біології, вдосконаленої ШІ

«Моделювання людських клітин можна вважати священним Граалем біології», — сказала Емма Лундберг, доцент кафедри біоінженерії та патології в школах інженерії та медицини Стенфордського університету та старший автор нової статті в журналі Cell , яка пропонує узгоджену, глобальні зусилля зі створення першої в світі віртуальної комірки ШІ. «Штучний інтелект пропонує можливість навчатися безпосередньо на даних і вийти за межі припущень і здогадок, щоб виявити нові властивості складних біологічних систем».

Лундберг є співавтором статті разом із колегами зі Стенфорду Стівеном Куейком, професором біоінженерії та науковим керівником Ініціативи Чана-Цукерберга, та Юре Лесковцем, професором комп’ютерних наук у Школі інженерії. Серед інших старших авторів — Теофаніс Каралецос, голова наукового відділу ШІ в Ініціативі Чана-Цукерберга, і Авів Регев, виконавчий віце-президент із досліджень Genentech.

Багатообіцяючі переваги моделей синтетичних клітин

Така модель синтетичної клітини дозволила б глибше зрозуміти складну взаємодію хімічних, електричних, механічних та інших сил і процесів, які змушують здорові людські клітини працювати, а також виявила б основні причини захворювань, які призводять до дисфункції або смерті клітин.

Можливо, більш інтригуючим є те, що віртуальна клітина штучного інтелекту також дозволить вченим експериментувати in silico замість in vivo – на комп’ютері, а не на живих клітинах і організмах. Ця здатність розширить людське розуміння людської біології та прискорить пошук нових методів лікування, фармацевтичних препаратів і, можливо, ліків проти хвороб.

Бачення ери цифрової біології

Біологи, які займаються раком, можуть моделювати, як певні мутації перетворюють здорові клітини на злоякісні. Мікробіологи можуть колись передбачити вплив вірусів на інфіковані клітини і, можливо, навіть на організми-господарі. Лікарі одного разу можуть випробувати лікування на «цифрових близнюках» своїх пацієнтів, прискоривши давно обіцяну епоху швидшої, економічнішої та безпечнішої персоналізованої медицини.

Однак, щоб вважатися успішним, автори кажуть, що віртуальна клітина ШІ повинна досягти трьох результатів. По-перше, потрібно було б надати дослідникам можливість створювати універсальні уявлення про види та типи клітин. Він також мав би точно передбачити клітинні функції, поведінку та динаміку та зрозуміти клітинні механізми. І, останнє, але не менш важливе, віртуальна комірка штучного інтелекту дозволить проводити експерименти на комп’ютерах для перевірки гіпотез і збору даних для розширення можливостей віртуальної комірки зі швидкістю та вартістю, набагато нижчою від сьогоднішньої.

Виклик масивних біологічних даних

У тому, що автори називають «трифектою» для науки, штучний інтелект започаткував еру інструментів, які є прогнозними, генеративними та доступними для запитів, і все ж величезний масштаб необроблених біологічних даних, які знадобляться для створення віртуальної клітини, є незаперечно. Для порівняння автори вказують на сховище даних секвенування ДНК , зібраного Національним інститутом охорони здоров’я під назвою «Архів короткого читання», який зараз містить понад 14 петабайт даних – у тисячу разів більше, ніж набір даних, який використовується для навчання ChatGPT.

Досягти віртуальної комірки ШІ буде нелегко. Це вимагатиме узгодженої глобальної відкритої наукової співпраці в безпрецедентних масштабах у галузях, починаючи від генетики та протеоміки до медичної візуалізації, а також тісного партнерства між глобальними зацікавленими сторонами в академічних колах, промисловості та некомерційних організаціях. Одночасно автори обережно відзначають, що будь-яку роботу над створенням віртуальної комірки ШІ слід проводити лише з припущенням, що отримані моделі будуть доступні для всього наукового співтовариства без обмежень.

«Це грандіозний проект, який можна порівняти з проектом геному, який потребує співпраці між дисциплінами, галузями та націями, і ми розуміємо, що повністю функціональні моделі можуть бути недоступні протягом десятиліття чи більше», — заявив Лундберг. «Але враховуючи сучасні можливості штучного інтелекту, які швидко розширюються, і наші величезні та зростаючі набори даних, настав час для науки об’єднатися та почати роботу з революції в тому, як ми розуміємо та моделюємо біологію».