Новая нейросеть предсказывает трехмерную форму белка за 10 минут

В новой работе сооснователь DeepMind Дэвид Сильвер вместе с командой обучил нейросеть определять форму белковых молекул. Авторы создали нейросеть, которая определяет, какую форму примет та или иная белковая молекула, по последовательности аминокислот, из которых она состоит. Это поможет при создании лекарств.

Сейчас форму белка рассчитывают с помощью ускорителя частиц, который дает трехмерные фотографии белковых молекул, или с помощью суперкомпьютера, который просчитывают их структуру в соответствии с законами химии и квантовой физики.

Авторы создали алгоритм эвоформер, который пытается определить структуру отдельных сегментов белковых молекул, представляя их в виде трехмерного дерева графов — математической абстракции, которая состоит из набора объектов, попарно связанных друг с другом. Эвоформер соединяет их друг с другом, опираясь на уже известные примеры, и постепенно меняет структуру связей и расположение узлов, приближаясь к оптимуму.

Далее они соединили такие алгоритмы и создали нейросеть AlphaFold2.

Демис Хассабис, генеральный директор Deepmind: «В прошлом году мы уже представили первую версию нашей системы, AlphaFold, которая смогла с почти атомной точностью предсказывать структуру белков в рамках конкурса CASP13. Сейчас мы создали новую ее версию, которая заметно превосходит всех конкурентов в скорости и точности работы. При этом ее исходный код полностью открыт».

В результате нейросеть примерно за 10 минут реконструирует трехмерную форму с атомной точностью с погрешностью в 0,096 нм для каждого атома внутри белка.

Это важнейший прорыв для медицины и биологии. Моделирование свертывания белков — ключевая задача для исследования того, как болезни распространяются и влияют на организм человека. Понимание этого процесса может позволить блокировать распространение инфекции в организме или исправлять ошибки в свертывании, которые приводят к разным расстройствам вроде болезни Альцгеймера. Это может помочь гораздо быстрее разрабатывать новые лекарства и понять, как лучше применять существующие препараты для лечения новых вирусов и болезней.

Ранее исследователи компании DeepMind, принадлежащей Google, с помощью системы искусственного интеллекта AlphaFold смогли предсказать точную структуру белка при свертывании. Это очень сложная задача, которую ученые не могли решить последние 50 лет. На расшифровку структуры белка уходили десятилетия работы в лабораториях на сложном и дорогом оборудовании. А у нейросети на это уходит несколько часов.

Источник: https://hightech.fm

19.07.2021