BioEmu: новый ИИ-инструмент моделирует динамику белков для разработки лекарств
В журнале Science опубликовано исследование Microsoft Research AI for Science, представляющее BioEmu — генеративную систему глубокого обучения, которая с беспрецедентной скоростью и точностью эмулирует равновесное поведение белков.
Поскольку биологическая функция белков зависит от динамических изменений их структуры, возможность быстро и точно предсказывать эти изменения открывает путь к более рациональному дизайну в разработке лекарств, что может снизить процент неудач на клинических испытаниях.
BioEmu генерирует тысячи статистически независимых структур белка в час на одном графическом процессоре (GPU). Это сокращает время и стоимость анализа функциональных изменений структуры белков, как отмечает руководитель проекта профессор Франк Ноэ.
Система интегрирует данные молекулярно-динамического моделирования (свыше 200 миллисекунд) с экспериментальными данными, чтобы предсказывать структурные ансамбли и термодинамические свойства с точностью, близкой к экспериментальной.
BioEmu моделирует сложные биологические явления:
- Формирование скрытых связывающих карманов
- Доменные движения
- Локальное разворачивание структуры
Это критически важно для понимания функции белков и дизайна лекарств. Система также предсказывает изменения стабильности белка с точностью, сопоставимой с лабораторными экспериментами.
Профессор Чечилия Клементи подчёркивает, что BioEmu предоставляет масштабируемый метод для моделирования функции белков на геномном уровне.
Код и модель BioEmu находятся в свободном доступе по лицензии MIT. Microsoft Research также опубликовала набор данных молекулярно-динамического моделирования, использованный для обучения системы. Этот набор включает свыше 100 миллисекунд симуляций для тысяч белковых систем и является крупнейшим публично доступным набором симуляций белков с разнообразными последовательностями.
Исследование возглавлял Франк Ноэ, руководитель исследований в Microsoft Research AI for Science в Берлине. Ключевой вклад внесла Чечилия Клементи, профессор теоретической и вычислительной биофизики в Свободном университете Берлина.