Un instrument inovator bazat pe inteligență artificială, dezvoltat de cercetători din China, ar putea schimba fundamental modul în care sunt descoperite medicamentele, și poate reduce drastic timpul și costurile necesare pentru identificarea unor tratamente noi, informează Phys.org.
Urmărește cele mai noi producții video TechRider.ro
- articolul continuă mai jos -
Sistemul, denumit DrugCLIP, este capabil să analizeze milioane de compuși potențiali de medicamente în raport cu mii de ținte proteice în doar câteva ore, un proces de până la zece milioane de ori mai rapid decât metodele actuale de screening virtual.
În mod tradițional, dezvoltarea unui medicament presupune simulări informatice complexe, în care oamenii de știință încearcă să „potrivească” o moleculă tridimensională într-un buzunar specific al unei proteine. Dacă potrivirea este bună, există șanse ca molecula să interacționeze cu proteina și să producă un efect terapeutic. Aceste simulări sunt însă consumatoare de timp și resurse, și limitează substanțail viteza cu care pot fi descoperite noi medicamente.
De la simulări lente la un „motor de căutare” molecular
Pentru a depăși aceste limite, Yanyan Lan, de la Universitatea Tsinghua, și colegii săi au propus o abordare complet diferită, descrisă într-un studiu publicat în revista Science. În locul simulărilor fizice lente, DrugCLIP funcționează mai degrabă ca un motor de căutare de mare viteză pentru molecule.
Sistemul folosește două rețele neuronale: una care analizează buzunarul proteic și alta care procesează molecula de medicament. Ambele sunt transformate în vectori matematici într-un spațiu digital. Dacă o moleculă se potrivește cu o proteină, vectorii corespunzători ajung să fie foarte apropiați, iar potrivirea poate fi identificată rapid prin simpla măsurare a distanței dintre ei.
Această transformare a formelor fizice în date numerice permite explorarea instantanee a unor volume uriașe de posibilități, imposibil de analizat prin metodele clasice.
Mii de proteine analizate simultan
Pentru a aplica metoda la scară largă, cercetătorii au integrat și programul AlphaFold 2, care prezice structurile tridimensionale ale proteinelor. Cu ajutorul acestuia, echipa a generat modele pentru aproximativ 10.000 de proteine umane, ilustrând modul în care acestea se pliază pentru a-și îndeplini funcțiile biologice.
Totuși, predicțiile standard nu oferă întotdeauna suficiente detalii despre buzunarele proteice în care ar trebui să se lege un medicament. Pentru a rezolva această problemă, cercetătorii au dezvoltat un instrument suplimentar, numit GenPack, care rafinează aceste structuri și le face suficient de precise pentru a fi utilizate de DrugCLIP.
Performanțe fără precedent
Rezultatele testelor sunt impresionante. DrugCLIP a analizat ținte corespunzătoare la aproximativ jumătate din genomul uman care codifică proteine. Sistemul a comparat 500 de milioane de molecule potențiale de medicamente cu 10.000 de proteine-țintă, și a realizat 10 trilioane de scanări într-o singură zi.
Printre descoperiri se numără și identificarea unei molecule capabile să interacționeze cu TRIP12, o proteină asociată cu cancerul și autismul, care anterior le-a pus dificultăți cercetătorilor din cauza structurii sale insuficient înțelese.
„DrugCLIP este o metodă de screening virtual ultrarapidă, pe care am validat-o riguros atât prin evaluări computaționale, cât și prin experimente de laborator”, au subliniat autorii studiului.
DrugCLIP și baza de date cu cele 10.000 de proteine sunt puse la dispoziție gratuit, astfel încât cercetători din întreaga lume le pot folosi pentru a căuta noi medicamente.
