A Fujitsu Limited és a RIKEN Center for Computational Science bejelentette, hogy 2023. januárjában sikerrel kifejlesztettek egy olyan technológiát a gyógyszerkutatás terén, amely mesterséges intelligenciát alkalmaz a fehérjeszerkezet-változások előrejelzésére. Ennek alapját elektronmikroszkópos képek és 3D-s sűrűségi térképek alkotják. A két intézmény bemutatta ezt a MICCAI 2023 konferenciáján (nemzetközi gyógyászati rendezvény) ami Japán idő szerint október 10-én került megrendezésre.
Ezzel egyidőben a Fujitsu elérhetővé tette 2023 október 10-én a fehérjeszerkezet-változások előrejelzési technológiáját az AI-innováció egyik elemeként, amely része lesz a Fujitsu Kozuchi AI Platformnak. Ez a platform lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy gyorsan kipróbálják és alkalmazzák a fejlett technológiákat a gyógyszerkutatás területén.
2022 májusában a Fujitsu és a RIKEN közös kutatási projektjük keretében kifejlesztettek egy generatív AI technológiát, amely pontosan megbecsüli a célfehérje különböző konformációinak formáit és lehetséges arányait. A technológia az elektronmikroszkópos projekciós képek sokféle felvételéből képes megbecsülni ezeket a változásokat, valamint képes előrejelzéseket tenni a célfehérje konformációs változásaira vonatkozóan a becsült arányok alapján. Az alapul szolgáló két technológia lehetővé tette a Fujitsu és a RIKEN számára, hogy egy olyan mesterséges intelligencia alapú gyógyszerkutatási technológiát fejlesszenek ki, mely széles körű előrejelzéseket tesz a fehérje szerkezeti változásai terén. Az e technológia által vezérelt fejlesztés célja a gyógyszerkutatás időtartamának és költségeinek jelentős csökkentése.
Ez a technológia lehetővé teszi a fehérje konformációk és változások pontos meghatározását kísérleti adatok alapján, s mindezt több mint tízszer gyorsabban, mint a hagyományos módszerekkel. Ennek eredményeként megnyílik az út az olyan gyógyszerek tervezése előtt, melyek célzottan hatnak a célfelhasználókra, például baktériumokra és vírusokra.
A jövőben a Fujitsu és a RIKEN a nemrég kifejlesztett generatív AI technológiát tervezik alkalmazni a következő generációs IT gyógyszerkutatási technológia létrehozásához. Ez az új technológia képes lesz elemzésre a célfelhasználók és az ellenanyagok között, valamint a molekulák globális szerkezeti változásait magas fokú pontossággal és gyorsasággal előrejelezni.
A háttér
Az élő szervezetek életciklusában és betegségmechanizmusaiban aktív szerepet játszó fehérjék természetes módon rendkívül rugalmasak, és az in vivo más molekulákkal történő kölcsönhatások során képesek megváltoztatni szerkezeti konformációjukat. A példa erre azok a gyógyszerek, amelyek célzottan gátolják a vírusok, például a COVID-19 fertőzését, mivel ezek a vírusok megváltoztatják a felületi fehérje konformációját a fertőzés elősegítése érdekében. Az ilyen gyógyszerek fejlesztéséhez elengedhetetlen az, hogy meghatározzuk a fehérjék különböző konformációs állapotait és hogyan változnak ezek között a konformációk között. Azonban a hagyományos szerkezeti elemzési módszerek magas szintű szakértelmet és jelentősen sok próbálkozást igényelnek, ami sok sok időt és költséget emészt fel a pontos konformációs változások megszerzése során. A Fujitsu és a RIKEN megoldást találtak erre a problémára a generatív AI technológia segítségével, létrehozva ezzel a már említett két új gyógyszerkutatási technológiát.
Gyógyszerkutatási technológia
A Fujitsu és a RIKEN két új gyógyszerkutatási technológiát hozott létre, felhasználva a Fujitsu mélytanulási technológiáját és a RIKEN Fugaku szuperkiszámítógépén alapuló gyógyszerkutatási molekuláris szimulációkhoz szerzett tudást. Az új technológiák kombinációja csökkentette a célfehérje konformációs változásainak előrejelzési idejét egy napról mindössze két órára. Ennek az eredménynek köszönhetően hozzájárulnak a gyógyszeripari vállalatok gyógyszerkutatási folyamatának felgyorsításához és hatékonyságához. Pár részlet a két technológiáról:
1. Generatív AI technológia, amely pontosan megbecsüli a fehérje konformáció különböző formáit és azok arányait:
A célfehérje széles körű konformációs változásainak pontos előrejelzése megköveteli, hogy ismerjük a konformáció lehetséges formáit és azok pontos arányait. Ebben a tanulmányban a Fujitsu és a RIKEN minden egyes konformáció 3D-s sűrűségi térképét újjáépítették a projekciós képek nagy számából és az adott pillanatban megfelelő szögekből. Ugyanakkor a két fél az újjáépített konformációk gyakoriságán alapuló arányokat is meghatározták.
2. Technológia a konformációs változás előrejelzésére, amely alacsony dimenziójú tulajdonságokon alapul a fehérje konformációjában:
Mivel a célfehérje konformációja általában magas dimenziós adatokkal van kifejezve, közvetlenül előrejelezni a konformációs változásokat rendkívül nehéz. Azonban a korábbi bekezdésben említett generatív AI technológia segítségével a Fujitsu és a RIKEN a konformáció újjáépítési folyamat során egy alacsony dimenziójú konformációs jellemzőt hoztak létre. A generatív AI technológia alkalmazásával a Fujitsu és a RIKEN elemzés alá vették ezeket az alacsony dimenziós adatokat, majd visszaállították a 3D sűrűségi térképeket, ezáltal lehetővé téve a konformációs változások előrejelzését.
Tervek a jövőre nézve:
A jövőben a Fujitsu és a RIKEN tervezik használni az újonnan fejlesztett AI gyógyszerkutatási technológiát, mint egy kulcsfontosságú alaptechnológiát a célfelhasználók és az ellenanyagok közötti komplex kölcsönhatások elemzéséhez, valamint a molekulák szerkezeti változásainak magas pontosságú előrejelzéséhez.
Az RIKEN az orvosi területen azért dolgozik, hogy hozzájáruljon a Society5.0 elképzelés megvalósításához, hogy elősegítse a gyógyszerkutatás DX platform létrehozását a Fugaku szuperkiszámítógép segítségével. Céljuk az, hogy új technológiákat alkalmazzanak a célfelhasználók különböző szerkezeti állapotainak becslésére, ezzel elősegítve az innovációt a gyógyszerkutatás területén. Az RIKEN emellett támogat további kezdeményezéseket is, például a TRIP (Tudományos és Technológiai Innovációs Platform), amely az innovatív kutatási platformok létrehozását célozza meg, hatékonyan új tudományterületeket teremtve és elősegítve a kutatási területek közötti együttműködést.
A Fujitsu Uvance keretében, amely a fenntartható világ megvalósítását célozza, a Fujitsu támogatja az Healthy Life programot, amely az emberek életminőségét szeretné maximalizálni. A Fujitsu továbbra is elkötelezett amellett, hogy a társadalmi problémák megoldásához hozzájáruljon az orvosi területen, olyan technológiák fejlesztésével, amelyek ötvözik az AI és HPC területén meglévő erősségeit.
Pár szóban a RIKEN-ről:
A RIKEN Japán legnagyobb elismert kutatóintézménye, amely kiváló minőségű kutatásokat végez számos tudományterületen. 1917-ben alapították magánkutatási alapítványként Tokióban, és azóta gyorsan növekedett, ma pedig Japán szerte elismert kutatóközpontok és intézetek hálózatát tartalmazza. Ide tartozik a RIKEN Számítástudományi Központ (R-CCS) is, amely a Fugaku szuperkiszámítógép otthonaként is szolgál.
Mint a magas teljesítményű számítógépek vezető központja, az R-CCS a „Science of computing, by computing, and for computing” irányába végzi kutatásait. Az itt folyó kutatások eredményeként olyan technológiák születnek, mint az nyílt forráskódú szoftverek, amelyek a központ fő kompetenciái. A R-CCS aktívan törekszik az alapkompetenciák fejlesztésére és a technológiák világszerte történő terjesztésére.
Összegzés:
A Fujitsu Limited és a RIKEN Center for Computational Science 2023. januárjában bemutattak egy mesterséges intelligencia (AI) alapú technológiát a gyógyszerkutatás terén. A technológia az elektronmikroszkópos képeket és 3D-s sűrűségi térképeket használja a fehérjeszerkezet-változások előrejelzésére.
Ezen fejlesztésüket bemutatták a MICCAI 2023 konferencián Japánban. Ezzel egyidejűleg a Fujitsu hozzáférhetővé tette ezt a technológiát a Fujitsu Kozuchi AI Platform részeként, amely segíti a gyógyszerkutatást. Az AI technológia lehetővé teszi a fehérje konformációk és változások pontos meghatározását kísérleti adatok alapján, ami gyorsabb és költséghatékonyabb gyógyszerkutatást tesz lehetővé. Ez segíthet célzott gyógyszerek kifejlesztésében a betegségek ellen.
A Fujitsu és a RIKEN két új technológiát fejlesztett ki: egy generatív AI technológiát, amely pontosan megbecsüli a célfehérje konformációk formáit és arányait, valamint egy technológiát a konformációs változások előrejelzésére alacsony dimenziójú tulajdonságok alapján. Ezek a technológiák drasztikusan felgyorsítják a gyógyszerkutatási folyamatot. A jövőben a Fujitsu és a RIKEN tervezi ezeket az AI technológiákat alkalmazni a célfelhasználók és az ellenanyagok közötti komplex kölcsönhatások elemzésére és a molekulák szerkezeti változásainak előrejelzésére.
Az RIKEN egy vezető japán kutatóintézmény, amely kiváló minőségű kutatásokat végez a számos tudományterületen, és rendelkezik a Fugaku szuperkiszámítógéppel. Az R-CCS (RIKEN Számítástudományi Központ) a magas teljesítményű számítógépek vezető központja, és a kutatások során olyan nyílt forráskódú szoftvereket fejleszt, amelyek széles körben felhasználhatók. Ez a fejlesztés ígéretes eredményeket hozhat a gyógyszerkutatás terén, hozzájárulva a hatékonyabb és gyorsabb gyógyszerek fejlesztéséhez.
techkalauz.hu – az online techmagazin
