Искусственный интеллект помог ученым создать первое в мире лекарство от коронавируса: Как машины спасают человечество

Ученый Константин Балакин рассказал о роли искусственного интеллекта в создании прогрессивных лекарств

Стреляем в биологическую мишень

Значит так, записывайте рецепт: “Возьми жидкость из глаза свиньи, одну долю сурьмы, одну долю окиси свинца, одну долю дикого меда, смешай все и приготовь порошок, затем засыпь его в ухо больного, после чего он выздоровеет тотчас». Это точная запись состава лекарства из знаменитого папируса Эберса — так лечили слепоту в Древнем Египте.

Сейчас созданием медикаментов занимается мощнейшая фармацевтическая индустрия: тысячи лабораторий по всему миру, в которых трудятся высококвалифицированные ученые. Но процесс рождения новых препаратов все еще далек от идеала. Не так давно международная команда исследователей подсчитала: в среднем для вывода нового препарата на рынок требуется 10-15 лет и примерно 1,5 — 2 миллиарда долларов США. А все потому, что для получения одного работающего препарата ученым надо просеять сквозь сито поисковых доклинических исследований тысячи, а иногда десятки тысяч соединений-кандидатов.

Но использование технологий искусственного интеллекта (ИИ) может совершить переворот в этой древней и почтенной отрасли знаний. Одна из платформ, которая на основе алгоритмов машинного обучения помогает конструировать лекарства нового поколения, придумана учеными Центра компетенций НТИ на базе МФТИ по направлению «Искусственный интеллект».

— Схема создания лекарственных средств выглядит примерно следующим образом: на первом этапе нам необходимо определить биологическую мишень — это ключевой объект для разработчика лекарств, — объясняет Константин Балакин, доктор химических наук, ведущий сотрудник лаборатории биомедицинских и цифровых технологий МФТИ. — Что такое биомишень? Это может быть фермент, рецептор, ДНК или липидная мембрана бактерии, если речь идет об антибиотиках. То есть то, что участвует в механизме развития заболевания. Например, при раке очень активными являются белки семейства тирозиновых киназ, и нам надо найти молекулы, которые подавят их активность. Таких мишеней у нас в организме много — примерно тысяча по сегодняшним представлениям. Каждая мишень ассоциирована с одной, двумя, а может быть, десятью болезнями.

Электронный разум против метода научного тыка

Как ищут действующие вещества при традиционном методе создания лекарств? Если говорить упрощенно, то химики синтезируют несколько десятков перспективных (на их взгляд) молекул и отдают биологам, которые испытывают новые соединения в биологических тестах и смотрят результаты. По сегодняшним меркам это кустарный способ, учитывая, что в виртуальных компьютерных библиотеках хранятся данные о сотнях миллионов соединений. Программы на основе алгоритмов ИИ позволяют анализировать эти большие базы данных, строить модели и отбирать соединения, которые бьют точно в заданную мишень. Поэтому отбор будущего чудо-лекарства идет уже не среди десятков молекул, а на уровне анализа миллионов молекул! Уникальность разработок ученых Физтеха в том, что они сложные математические теории используют для решения биологических задач, когда бОльшая часть исследований проходит не в лабораторных пробирках, а в “голове” компьютера.

— Компьютерное проектирование и прогнозирование на порядки повышает эффективность отбора на самых ранних этапах разработки, — говорит Константин Балакин. — Вы знаете, что сейчас только 10 процентов лекарственных кандидатов, которые выходят на клинические исследования (это исследования на пациентах) используются в итоге в системе здравоохранения. То есть подавляющая часть — 90 процентов, это выстрелы в молоко. Но к этому моменту на препараты, которые не оправдали надежд, уже потрачены колоссальные деньги!

Машинный алгоритм помогает человеку разобраться с собственными мыслями

А где же эти ростки будущего, спросите вы? Один из примеров — это создание первого в мире специфического лекарства прямого действия против коронавируса. Оно разработано компанией, которая была партнером Центра НТИ МФТИ по этому “интеллектуальному” лекарственному проекту. Справедливости ради надо сказать, что новую молекулу создавали не с нуля, уточняет Константин Балакин. Разработчики взяли японский противовирусный препарат (он использовался против гриппа) и с помощью физтеховских методов моделирования пришли к выводу, что его можно перепрофилировать, и он будет работать против коронавируса тоже. Испытания провели в абсолютно рекордные сроки: разработка началась в феврале, а в июне “Фавипиравир” (речь именно о нем — авт.) стал доступен российским гражданам. А еще через месяц лекарство поставляли на экспорт. И вот уже два с половиной года этот препарат от коронавируса используют по всему миру — в Китае, Индии, странах Ближнего Востока и Латинской Америки, а также в других регионах. Он реальный конкурент разработкам западной Биг фармы.

Искусственный интеллект помогает людям разобраться с собственными мыслями. За последние несколько десятков лет человечество накопило огромный объем знаний в области разработки лекарств. Выпущены мегатонны самой разнообразной научной литературы.

— Проблема в том, что это своего рода кладбище данных, — говорит Константин Балакин. — Чтобы эти данные работали и приносили пользу, их надо перевести в электронный формат. Тогда мы сможем на этой основе прогнозировать свойства потенциального нового лекарства. И мы научили нашу программу читать научные журналы и патенты, извлекать информацию о структуре и свойствах молекул из текстов, картинок и конвертировать это знание в электронный вид. На этой основе мы делаем обучающие выборки для нейросетей. Таким образом, искусственный интеллект позволяет использовать весь тот багаж знаний, который человечество накопило еще в доцифровую эпоху.

Источник: https://www.kp.ru/

14.12.2022