ИИ поможет создать виртуальные человеческие клетки для исследований: «90% вычислений вместо 90% экспериментов»

Биологи сейчас стремятся использовать искусственный интеллект для создания виртуальных человеческих клеток, которые станут альтернативой сложным компьютерным моделям.

В частности, один из руководителей научно-исследовательского проекта Chan Zuckerberg Initiative в калифорнийском Редвуд-Сити Стивен Куэйк отмечает, что целью является создание вычислительных инструментов для перехода клеточной биологии от 90% экспериментов до 90% вычислений. Сейчас модели искусственного интеллекта способны обрабатывать и генерировать информацию, на экспериментальное обоснование которой могут уйти недели, в частности, моделирование реакций раковых клеток на определенные препараты. 

Попытки создания виртуальных клеток уже вызвали широкий интерес среди исследователей. Chan Zuckerberg Initiative планирует инвестировать сотни миллионов долларов в создание виртуальных клеток в течение следующих 10 лет.

Между тем гендиректор Google DeepMind Демис Хасабис в начале этого года также подтвердил, что его компания также занимается проектом по разработке виртуальных клеток. Существует аналогичный проект и в Швеции, где ученые из лаборатории Science for Life работают над собственной виртуальной моделью клеток под названием Alpha Cell, которую планируют запустить уже в 2026 году. 

Однако ряд ученых отмечает, что спешка с созданием виртуальных клеток вызывает много шума, а на практике четкого успеха или конкретных результатов не наблюдается. Биологи десятилетиями использовали компьютерные модели для прогнозирования поведения клеток. В 2012 году ученые создали первую вычислительную модель целой клетки, отобразив внутреннюю работу бактерии Mycoplasma genitalium, которая имеет всего 525 генов.

Современный подход к разработке виртуальных клеток предлагает использование достижений в области искусственного интеллекта для генерации более сложных клеточных механизмов. Ранние попытки создания виртуальных клеток базировались на использовании только одного типа данных, полученных экспериментальным путем в рамках секвенирования всех молекул РНК в отдельных клетках. Эти данные легли в основу каталога активности генов и моментальной фиксации текущих состояний клеток. 

Каталоги используются для создания атласов, отображающих различные типы клеток человеческого тела. Теперь исследователи используют эти наборы данных в рамках создания виртуальных клеток с помощью ИИ. Chan Zuckerberg Initiative планирует обнародовать данные об около 1 млрд клеток. В частности, недавно Arc Institute представил первую модель виртуальной клетки под названием State.

Между тем часть исследователей отмечает, что такие модели пока недостаточно мощные, чтобы делать четкие прогнозы, которые можно будет использовать за пределами тех данных, на которых они учились. По мнению большинства исследователей, модели виртуальных клеток должны включать также и другие типы данных, включая изображения, сделанные с помощью оптических и электронных микроскопов. Такие данные позволят моделям на основе ИИ понимать, как взаимодействуют между собой различные компоненты внутри клеток и как сами клетки меняются со временем.

Кроме этого до сих пор не существует четкого определения виртуальных клеток, поскольку сама концепция может включать разные вещи в зависимости от потребностей разных людей. Однако ученые ожидают, что действительно эффективные модели ИИ, которые будут управлять виртуальными клетками, вполне могут появиться в ближайшем будущем.

Источник: Nature