Hvernig rannsakandi notar Codex og ChatGPT til að leita að nýjum örverulyfjum

Lyfjaónæmar örverur, þar á meðal bakteríur, sveppir, sníkjudýr og veirur, eru vaxandi ógn um allan heim. Um fimm milljónir dauðsfalla árið 2021 tengdust⁠(opnast í nýjum glugga) ónæmi baktería gegn örverulyfjum og talið er að þessi árlegi fjöldi muni um það bil tvöfaldast fyrir árið 2050. Það getur tekið mörg ár að finna sameindir sem gætu orðið að örverulyfjum. Rannsakendur nota gervigreind til að flýta þessu fyrsta stigi uppgötvunarferlisins.

„Að mínu mati er ónæmi gegn örverulyfjum ein mesta tilvistarógn sem mannkynið stendur frammi fyrir,“ sagði César de la Fuente⁠(opnast í nýjum glugga), lífverkfræðingur sem leitar að mögulegum örverulyfjum á þverfaglegri rannsóknarstofu sinni. „Samt hefur enginn nýr flokkur sýklalyfja komið fram í 50 ár.“

Nútímaþróun örverulyfja snýst að miklu leyti um að breyta lyfjum sem þegar eru til eða leita í þekktum flokkum efna. En sú nálgun skilar sífellt minni árangri.

Rannsóknarstofa de la Fuente byrjar á mun minna könnuðum stað: í kóða lífsins. Grunnhugmyndin að baki rannsóknunum er að líffræði sé upplýsingakerfi. „Kirnin sem mynda DNA og amínósýrurnar sem mynda prótín og peptíð eru eins konar stafróf,“ sagði de la Fuente. „Með því að líta á líffræði sem upplýsingar gátum við þróað aðferðir sem byrja að ráða í þau skipulagslögmál lífsins sem urðu til þess að starfhæf sameind myndaðist.“

Djúpnámslíkön rannsóknarstofunnar eru þjálfuð í að greina mynstur í líffræðilegum röðum, svo þau geti leitað að mögulegum örverulyfjum í gríðarstórum gagnasöfnum með erfðamengjum og prótínum. Með þessari nálgun má stytta fyrstu leitina að mögulegum sameindum úr mörgum árum í nokkrar klukkustundir.

Auk eigin gervigreindarlíkana notar rannsóknarstofan ChatGPT og Codex til að móta tilgátur, skrifa og betrumbæta kóða, vinna úr gagnasöfnum, greina niðurstöður og tengja saman hugmyndir úr ólíkum vísindagreinum.

Aðeins lítið brot erfðamengis hefur vel skilgreint hlutverk og enn færri hlutar þess skrá sameindir sem geta barist gegn sýkjandi örverum. Áskorunin felst í að finna mynstrin sem gera sameind starfhæfa eða líffræðilega virka og ákvarða síðan hverjar þeirra geti barist gegn sýkjandi örverum.

Vísindamenn hafa lengi leitað að örverulyfjum í plöntum, dýrum, örverum, skordýrum, vatni og jarðvegi. Þeir safna sýnum, einangra eða spá fyrir um mögulegar sameindir og prófa þær í endurteknu ferli sem getur tekið mörg ár.

Stafræn gagnasöfn með erfðamengjum og prótínum gera vísindamönnum nú kleift að leita að nýjum efnasamböndum um allt lífsins tré og auka til muna umfang þeirra gagna sem hægt er að kanna. Þessu mikla upplýsingamagni fylgja þó eigin áskoranir: að finna vænleg merki meðal ógrynnis möguleika.

Gervigreind hentar einstaklega vel í þessa leit að nálinni í heystakkinum. Hún getur farið yfir gríðarstór gagnasöfn, greint mynstur sem rannsakendur gætu átt erfitt með að koma auga á og forgangsraðað viðráðanlegum fjölda efna til tilraunaprófana.

En þótt vænlegt efni finnist er ekki þar með sagt að það verði að áhrifaríku lyfi.

Vísindamenn verða fyrst að staðfesta að sameindin drepi viðkomandi örveru, ákvarða það magn sem þarf til að hún virki og prófa áhrif hennar á frumur manna. Efnafræðingar geta síðan fínstillt hana til að bæta virkni, öryggi eða stöðugleika.

Frekari prófanir meta við hvaða skammt efnið verður eitrað, hversu auðveldlega örverur þróa ónæmi gegn sameindinni og hvernig efnið berst um líkamann. Teymin finna einnig áreiðanlega leið til að framleiða sameindina. Efni sem standast þessar hindranir þurfa samt að fara í gegnum eftirlitsmat og klínískar rannsóknir áður en þau geta orðið að samþykktum örverulyfjum fyrir sjúklinga.

Að mati de la Fuente er þetta ástæðan fyrir því að gervigreind og líffræðirannsóknir á rannsóknarstofum verða að þróast samhliða. „Tilraunir sem gefa raunstaðfestar niðurstöður eru nauðsynlegar til að sannreyna spár gervigreindar,“ sagði hann. „Þetta mun skipta sköpum í lífvísindum á komandi árum ef við ætlum að halda áfram að öðlast þó ekki væri nema yfirborðskenndan skilning á líffræðinni, sem er það flóknasta sem til er.“

Rannsóknarstofa hans leitar að mögulegum sameindum í erfðamengjum lifandi og útdauðra lífvera. Leitin í þessum erfðamengjum, skilningur á því hvernig prótínin sem þau skrá myndast og starfa og ákvörðun á virkni sameindanna krefst sérþekkingar á mörgum sviðum.

„Við erum afar þverfaglegur hópur með fólk úr líffræði, efnafræði, tölvunarfræði og verkfræði,“ sagði de la Fuente. Sumt starfsfólk rannsóknarstofunnar er mjög fært í forritun en þekkir minna til líffræði eða efnafræði, og öfugt. Codex og ChatGPT hjálpa til við að brúa þessi bil og gera líffræðingum kleift að búa til forrit og forriturum að takast á við líffræðileg viðfangsefni. Þannig ryður gervigreind úr vegi hindrunum milli vísindagreina.

Það hjálpar starfsfólki rannsóknarstofunnar að kynna sér ókunn viðfangsefni sem það þarf að þekkja vegna þverfaglegrar vinnu sinnar, skýra hugtök, bera saman aðferðir ólíkra sviða og skipuleggja hugmyndir að lyfjaþróun. Aðrir nota gervigreind til að sækja, skipuleggja og forvinna stór gagnasöfn með erfðamengjum. ChatGPT gerir starfsfólki rannsóknarstofunnar einnig kleift að vinna á móðurmáli sínu, sem ryður úr vegi hindrunum og flýtir vinnuferlum.

De la Fuente notar ChatGPT sem hugmyndafélaga. Hann þróar áfram hugmyndir með samstarfsfólki en metur mikils að gervigreind geti hjálpað honum að móta tilgátu. Honum líkar líka að geta nálgast upplýsingar alls heimsins með einum smelli.

„ChatGPT‑vinnusvæðið okkar fær framlag frá öllu þessu ólíka fólki sem hugsar hvert með sínum hætti um vandamálin sem við erum að reyna að leysa,“ sagði de la Fuente. Starfsfólk rannsóknarstofunnar leggur þar fram bæði góðar og slæmar hugmyndir og gerir það þannig að eins konar sameiginlegum prófsteini hugmynda.

Hann varar þó við því að reiða sig eingöngu á gervigreind. „Auðvitað þarf alltaf að sannreyna nákvæmnina,“ sagði de la Fuente.

Hann kann engu að síður að meta hvernig gervigreind hjálpar rannsakendum að kanna mörkin milli vísindagreina. „Þar bíða byltingarkenndar uppgötvanir eftir að verða gerðar. Þær leynast í raun á mörkum fræðasviða, þangað sem mjög fáir leita.“

Hann lítur á þessa vinnu sem hluta af mun lengri vísindahefð. „Við höfum alltaf reitt okkur á verkfæri og vélar til að skilja heiminn í kringum okkur,“ sagði de la Fuente. „Sjónaukinn varpaði ljósi á alheiminn og smásjáin afhjúpaði hinn ósýnilega heim.“ Nú hjálpa vélar rannsakendum að skilja, spá fyrir um og hanna líffræðileg kerfi. „Það er kjarninn í starfi okkar,“ sagði hann.