AlphaFold3: как ИИ, получивший Нобелевскую премию, меняет биомедицинские исследования

Половина Нобелевской премии по химии 2024 года присуждена Дэвиду Бейкеру, а другая половина — Демису Хассабису и Джону М. Джамперу из Google DeepMind за создание глубокой нейронной сети AlphaFold. Эта технология коренным образом меняет понимание молекулярной биологии, лежащей в основе здоровья и болезней.

Суть проблемы: Белки, состоящие из цепочек аминокислот, сворачиваются в сложные трёхмерные структуры, определяющие их функцию. Хотя последовательность аминокислот (порядок «бусин») известна из данных ДНК, предсказать итоговую 3D-форму («машину») было крайне сложно. Десятилетиями для определения структуры требовались трудоёмкие экспериментальные методы, такие как рентгеновская кристаллография, занимавшие годы.

Как работает AlphaFold: ИИ был обучен на структурах из глобальной базы данных Protein Data Bank (PDB), большинство из которых получены методом рентгеновской кристаллографии. Теперь он может предсказывать структуру белков за минуты, что раньше было невозможно.

Личный опыт бета-тестирования AlphaFold3:

• Новая версия, протестированная в марте 2024 года, работает с «молниеносной» скоростью.
• Она позволяет включать более крупные и разнообразные молекулы, включая ДНК и металлы, а также модифицировать аминокислоты.
• На примере лаборатории в King's College London: AlphaFold3 с первой попытки точно предсказал структуру комплекса двух бактериальных белков, связанных с внутрибольничными инфекциями, с чем не справлялись предыдущие версии.

Будущее и проверка:

• Следующий рубеж — понимание динамики и движения белков, а не только статической формы.
• Для проверки предсказаний AlphaFold используются экспериментальные методы, такие как ЯМР-спектроскопия (NMR), которая переживает resurgence благодаря ИИ. ЯМР позволяет изучать молекулы в движении и измерять точные расстояния между атомами.
• Процесс остаётся collaborative work in progress между экспериментальными (например, рентгеновская кристаллография) и вычислительными учёными, так как некоторые результаты всё ещё ambiguous.

Значение: Присуждение Нобелевской премии ускорит quest к пониманию всей молекулярной machinery, что может революционизировать создание новых лекарств, вакцин и улучшить здоровье человека.