Исследователи изучают применение ИИ для улучшения дизайна препаратов против COVID-19

Исследователи из Университета Брока утверждают, что открытие и разработка лекарств могут быть медленными, дорогими и рискованными процессами, но использование достижений в области искусственного интеллекта (ИИ) может помочь в этом.

Ифэн Ли, канадский исследовательский председатель в области машинного обучения для биомедицинской науки о данных, и его магистрант по информатике Кэмерон Андресс опубликовали в PLOS Computational Biology статью о том, как ИИ может лучше создавать препарат для предотвращения проникновения вируса SARS-CoV-2 в клетки человека по сравнению с традиционными методами.

«Это уникальная и важная работа в сообществе ИИ для дизайна лекарств», — говорит Андресс, первый автор статьи. «Наши результаты показывают, что ИИ способен создавать хорошо подходящие кандидаты в лекарства для выбранного вируса, что может значительно ускорить процесс разработки препаратов и потенциально спасти больше жизней».

Команда Ли сосредоточилась на веществах под названием аптамеры, которые могут функционировать как лекарства. Аптамеры — это короткие одноцепочечные молекулы ДНК и РНК, которые прочно и избирательно связываются с определённым белком-мишенью для лечения или профилактики заболевания.

По словам доцента кафедры компьютерных наук, аптамерные препараты относительно новы и инновационны. Они сильнее и точнее, чем терапевтические средства, известные как «малые молекулы» (например, аспирин и пенициллин), молекулы которых могут проходить через мембраны к целевым белкам.

Аптамеры обычно разрабатываются в ходе серии экспериментов, когда группа случайных аптамеров добавляется в контролируемую среду, содержащую вирус. Учёные измеряют, насколько хорошо аптамер связывается с целевым белком, и продолжают вносить серию модификаций, пока связь не усилится.

Андресс обратился к машинному обучению и создал программу, которая моделирует физический процесс, генерируя множество различных последовательностей ДНК и РНК и тестируя, насколько сильно и точно они связываются с целевым белком.

«ИИ — это новая парадигма для открытия лекарств, поскольку он значительно сокращает время и стоимость разработки и способен эффективно исследовать обширное молекулярное пространство», — говорит он.

Ли вспоминает, как весной 2020 года, в начале пандемии, они с Андрессом заинтересовались созданием аптамерных препаратов для лечения COVID-19.

«Мы выбрали COVID-19 из-за его неотложного характера и долгосрочных медицинских проблем», — говорит Ли. «Наша работа является одной из первых по дизайну аптамерных препаратов против COVID».

Ли отмечает, что модель команды может быть применена для решения будущих кризисов в области здравоохранения.

«Для будущих аналогичных вариантов COVID-19 или других пандемий, вызванных другими типами вирусов, поскольку у нас есть структура, опыт и готовность команды, мы можем заменить текущий спайк-белок на новый интересующий нас целевой белок».