ИИ предсказывает функции ферментов лучше ведущих инструментов

Новый инструмент искусственного интеллекта может предсказывать функции ферментов на основе их аминокислотных последовательностей, даже если ферменты не изучены или плохо поняты. Исследователи заявили, что инструмент ИИ, названный CLEAN, превосходит ведущие современные инструменты по точности, надежности и чувствительности. Лучшее понимание ферментов и их функций стало бы благом для исследований в области геномики, химии, промышленных материалов, медицины, фармацевтики и других областях.

"Подобно тому, как ChatGPT использует данные письменного языка для создания предсказательного текста, мы используем язык белков для предсказания их активности", — сказал руководитель исследования Хуимин Чжао, профессор химической и биомолекулярной инженерии Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне.

Исследователи опубликуют свои выводы в журнале Science и сделают CLEAN доступным онлайн 31 марта.

С развитием геномики было идентифицировано и секвенировано множество ферментов, но ученые имеют мало или вообще не имеют информации о том, что эти ферменты делают.

Другие вычислительные инструменты пытаются предсказывать функции ферментов. Обычно они пытаются присвоить номер комиссии по ферментам (EC-номер) — код, указывающий, какую реакцию катализирует фермент, — сравнивая запрашиваемую последовательность с каталогом известных ферментов и находя похожие последовательности. Однако эти инструменты плохо работают с менее изученными или неохарактеризованными ферментами, а также с ферментами, выполняющими несколько функций.

"Мы не первые, кто использует инструменты ИИ для предсказания EC-номеров, но мы первые, кто использует этот новый алгоритм глубокого обучения, называемый контрастным обучением (contrastive learning). Мы обнаружили, что этот алгоритм работает намного лучше, чем инструменты ИИ, используемые другими", — сказал Чжао.

Исследователи экспериментально проверили свой инструмент с помощью как вычислительных, так и in vitro экспериментов. Они обнаружили, что инструмент не только может предсказывать функции ранее не охарактеризованных ферментов, но также исправляет ферменты, неправильно маркированные ведущим программным обеспечением, и правильно идентифицирует ферменты с двумя или более функциями.

Группа Чжао делает CLEAN доступным онлайн для других исследователей, желающих охарактеризовать фермент или определить, может ли фермент катализировать желаемую реакцию.

"Мы надеемся, что этот инструмент будет широко использоваться широким исследовательским сообществом", — сказал Чжао.

Группа планирует расширить ИИ, лежащий в основе CLEAN, для характеристики других белков, таких как связывающие белки. Команда также надеется дальше развивать алгоритмы машинного обучения, чтобы пользователь мог искать желаемую реакцию, а ИИ указывал на подходящий для этой работы фермент.

"Существует множество неохарактеризованных связывающих белков, таких как рецепторы и факторы транскрипции. Мы также хотим предсказывать их функции", — сказал Чжао.