ШІ допоможе створити віртуальні людські клітини для досліджень: «90% обчислень замість 90% експериментів»

Біологи наразі прагнуть використати штучний інтелект для створення віртуальних людських клітин, які стануть альтернативою складним комп’ютерним моделям.

Зокрема, один з керівників науково-дослідного проєкту Chan Zuckerberg Initiative у каліфорнійському Редвуд-Сіті Стівен Куейк зазначає, що метою є створення обчислювальних інструментів для переходу клітинної біології від 90% експериментів до 90% обчислень. Наразі моделі штучного інтелекту здатні обробляти та генерувати інформацію на експериментальне обгрунтування якої можуть піти тижні, зокрема, моделювання реакцій ракових клітин на певні препарати. 

Спроби створення віртуальних клітин вже викликало широкий інтерес серед дослідників. Chan Zuckerberg Initiative планує інвестувати сотні мільйонів доларів у створення віртуальних клітин протягом наступних 10 років.

Між тим гендиректор  Google DeepMind Деміс Хасабіс на початку цього року також підтвердив, що його компанія також займається проєктом з розробки віртуальних клітин. Існує аналогічний проєкт і у Швеції, де науковці з лабораторії Science for Life працюють над власною віртуальною моделлю клітин під назвою Alpha Cell, яку планують запустити вже у 2026 році. 

Однак низка вчених зазначає, що поспіх із створенням віртуальних клітин викликає багато галасу, а на практиці чіткого успіху або конкретних результатів не спостерігається. Біологи десятиліттями використовували комп’ютерні моделі для прогнозування поведінки клітин. У 2012 році вчені створили першу обчислювальну модель цілої клітини, відобразивши внутрішню роботу бактерії Mycoplasma genitalium, яка має лише 525 генів.

Сучасний підхід до розробки віртуальних клітин пропонує використання досягнень в області штучного інтелекту для генерації більш складних клітинних механізмів. Ранні спроби створення віртуальних клітин базувались на використанні лише одного типу даних, отриманих експериментальним шляхом у рамках секвенування всіх молекул РНК в окремих клітинах. Ці дані лягли в основу каталогу активності генів та моментальної фіксації поточних станів клітин. 

Каталоги використовуються для створення атласів, що відображують різні типи клітин людського тіла. Тепер дослідники використовують ці набори даних у рамках створення віртуальних клітин за допомогою ШІ. Chan Zuckerberg Initiative планує оприлюднити дані щодо близько 1 млрд клітин. Зокрема, нещодавно Arc Institute презентував першу модель віртуальної клітини під назвою State.

Між тим частина дослідників зазначає, що такі моделі поки недостатньо потужні аби робити чіткі прогнози, які можна буде використовувати за межами тих даних, на яких вони навчались. На думку більшості дослідників, моделі віртуальних клітин мають включати також і інші типи даних, включно із зображеннями, зробленими за допомогою оптичних та електронних мікроскопів. Такі дані дозволять моделям на основі ШІ розуміти, як взаємодіють між собою різні компоненти всередині клітин і як самі клітини змінюються з часом.

Окрім цього досі не існує чіткого визначення віртуальних клітин, оскільки сама концепція може включати різні речі в залежності від потреб різних людей. Однак науковці очікують, що дійсно ефективні моделі ШІ, що керуватимуть віртуальними клітинами, цілком можуть з’явитись у найближчому майбутньому.

Джерело: Nature