Зерттеуші Codex пен ChatGPT арқылы жаңа микробқа қарсы молекулаларды қалай іздейді

Дәріге төзімді микробтар, соның ішінде бактериялар, саңырауқұлақтар, паразиттер мен вирустар жаһандық қатерге айналып келеді. 2021 жылы шамамен бес миллион өлім бактериялардың микробқа қарсы препараттарға төзімділігімен байланысты болды⁠(жаңа терезеде ашылады). Болжам бойынша, жыл сайынғы бұл өлім саны 2050 жылға қарай екі есеге жуық артады. Микробқа қарсы препаратқа айналу әлеуеті бар молекулаларды табуға бірнеше жыл кетуі мүмкін. Зерттеушілер оларды ашудың осы бастапқы кезеңін жеделдету үшін ЖИ-ді пайдаланып жүр.

«Меніңше, микробтардың дәріге төзімділігі — адамзатқа төнген ең үлкен экзистенциялық қатерлердің бірі», — деді микробқа қарсы молекула үміткерлерін іздейтін пәнаралық зертхананың биоинженері Сесар де ла Фуэнте⁠(жаңа терезеде ашылады). «Соған қарамастан, 50 жылдан бері антибиотиктердің жаңа класы пайда болған жоқ».

Қазіргі микробқа қарсы препараттарды әзірлеу жұмыстарының көбі қолданыстағы дәрілерді өзгертуге немесе белгілі химиялық заттар кластарын зерттеуге бағытталған. Алайда бұл тәсілдің қайтарымы барған сайын азаюда.

Де ла Фуэнтенің зертханасы әлдеқайда аз зерттелген тұстан — тіршілік кодынан бастайды. Бұл жұмыстың негізгі идеясы — биологияның ақпараттық жүйе екені. «ДНҚ-ны құрайтын нуклеотидтер мен ақуыздар мен пептидтерді құрайтын аминқышқылдары әліпбиге ұқсайды», — деді де ла Фуэнте. «Биологияны ақпарат ретінде қарастыру бізге функционалды молекуланың пайда болуына негіз болған тіршіліктің ұйымдасу қағидаларын ашып түсінуге мүмкіндік беретін әдістерді әзірлеуге жол ашты».

Зертхананың терең оқыту модельдері биологиялық тізбектердегі заңдылықтарды тануға үйретілген. Соның арқасында олар ауқымды геномдық және ақуыздық деректер жиындарынан микробқа қарсы ықтимал молекулаларды іздей алады. Бұл тәсіл молекула үміткерлерін бастапқы іздеуге кететін уақытты бірнеше жылдан бірнеше сағатқа дейін қысқарта алады.

Зертхана өз ЖИ модельдерімен қатар ChatGPT пен Codex-ті гипотезаларды талқылауға, код жазып жетілдіруге, деректер жиындарын өңдеуге, нәтижелерді талдауға және түрлі ғылыми салалардағы идеяларды байланыстыруға пайдаланады.

Геномның аз ғана бөлігінің қызметі анық түсінілген, ал жұқпалы микробтармен күресе алатын молекулаларды кодтайтын бөліктері одан да аз. Міндет — молекуланың қызмет атқаруына немесе биологиялық белсенді болуына мүмкіндік беретін заңдылықтарды анықтап, олардың қайсысы жұқпалы микробтармен күресе алатынын белгілеу.

Ғалымдар микробқа қарсы заттарды өсімдіктерден, жануарлардан, микробтардан, жәндіктерден, судан және топырақтан бұрыннан іздеп келеді. Олар үлгілер жинап, молекула үміткерлерін бөліп алады немесе болжайды, содан кейін бірнеше жылға созылуы мүмкін қайталанатын үдеріс барысында оларды сынақтан өткізеді.

Цифрлық геномдар мен ақуыздар дерекқорлары енді ғалымдарға бүкіл тіршілік шежіресінен жаңа қосылыстар іздеуге мүмкіндік береді. Бұл зерттеуге қолжетімді дерекқорлардың ауқымын едәуір кеңейтті. Алайда ақпараттың мұндай молдығы өз қиындықтарын туғызады: сансыз мүмкіндіктің арасынан болашағы бар белгілерді табу керек.

ЖИ шөп арасынан ине іздеумен тең бұл міндетке әсіресе қолайлы. Ол орасан деректер жиындарын қарап, зерттеушілерге байқау қиын болуы мүмкін заңдылықтарды анықтайды және эксперименттік сынақ үшін саны басқаруға болатын үміткерлер жиынтығына басымдық береді.

Бірақ болашағы бар үміткерді анықтау оның міндетті түрде тиімді дәріге айналатынын білдірмейді.

Ғалымдар алдымен үміткер молекуланың нысана микробты жоятынын растауы, тиімді болуы үшін қажетті мөлшерін анықтауы және оның адам жасушаларына әсерін тексеруі керек. Содан кейін химиктер оның тиімділігін, қауіпсіздігін немесе тұрақтылығын арттыру үшін молекуланы оңтайландыра алады.

Кейінгі сынақтар үміткердің қандай дозада уытты болатынын, микробтардың молекулаға төзімділікті қаншалықты тез қалыптастыратынын және үміткердің ағзада қалай таралатынын бағалайды. Топтар молекуланы өндірудің сенімді тәсілін де анықтайды. Осы кедергілерден өткен үміткерлер пациенттерге мақұлданған микробқа қарсы дәрі ретінде жетпес бұрын реттеуші сараптама мен клиникалық сынақтардан өтуі керек.

Де ла Фуэнтенің пікірінше, ЖИ мен зертханалық биологияның қатар дамуының себебі де осы. «ЖИ болжамдарын растау үшін нақты эксперименттер аса маңызды», — деді ол. «Егер біз бар нәрсенің ішіндегі ең күрделісі саналатын биология туралы түсінігіміздің әлі де бастапқы қабатын ғана зерттеуді жалғастырғымыз келсе, алдағы жылдары бұл тіршілік туралы ғылымдар үшін шешуші мәнге ие болады».

Оның зертханасы молекула үміткерлерін табу үшін қазіргі және жойылып кеткен ағзалардың геномдарын зерттейді. Бұл геномдарды зерттеу, олар кодтайтын ақуыздардың қалай түзілетінін және қызмет ететінін түсіну, сондай-ақ сол молекулалардың не істейтінін анықтау бірнеше саланы қамтитын біліктілікті талап етеді.

«Біз — бірнеше ғылыми саланы терең тоғыстыратын топпыз, сондықтан арамызда биология, химия, информатика және инженерия мамандары бар», — деді де ла Фуэнте. Зертхананың кейбір мүшелері бағдарламалауды жақсы меңгергенімен, биология немесе химияны азырақ біледі, ал басқаларында керісінше. Codex пен ChatGPT осы олқылықтарды жоюға көмектесіп, биологтарға бағдарлама жасауға, ал бағдарламашыларға биологиялық мәселелерді шешуге мүмкіндік береді. Осы тұрғыдан алғанда, ЖИ ғылыми салалар арасындағы кедергілерді азайтады.

Ол зертхана мүшелеріне пәнаралық жұмысына қажет бейтаныс тақырыптарды зерделеуге, терминдерді нақтылауға, әр саладағы әдістерді салыстыруға және дәрілік заттарды ашуға қатысты идеяларды жүйелеуге көмектеседі. Басқалары ЖИ көмегімен ауқымды геномдық деректер жиындарын жүктеп алып, жүйелейді және алдын ала өңдейді. ChatGPT зертхана мүшелеріне ана тілдерінде жұмыс істеуге де мүмкіндік беріп, жұмыс үдерістерін жеделдетуге кедергі келтіретін тосқауылдарды азайтады.

Де ла Фуэнте ChatGPT‑ті идея талқылайтын серіктес ретінде пайдаланады. Ол идеяларын әріптестерімен бірге дамытуды жалғастырады, бірақ ЖИ-дің гипотезаны тұжырымдауға көмектесу қабілетін жоғары бағалайды. Сондай-ақ оған бір түймені басу арқылы әлемдегі ақпаратқа қол жеткізе алатыны ұнайды.

«Біздің ChatGPT жұмыс кеңістігімізге шешуге тырысып жатқан мәселелерімізге әртүрлі көзқараспен қарайтын адамдардың бәрі өз үлесін қосады», — деді де ла Фуэнте. Зертхана мүшелері оған жақсы да, нашар да идеяларын ұсынып, оны бірлесіп ой елегінен өткізетін ортаға айналдырады.

Алайда ол тек ЖИ-ге ғана сеніп қалмау керектігін ескертеді. «Әрине, ақпараттың дұрыстығын әрдайым қайта тексеру керек», — деді де ла Фуэнте.

Дегенмен ол ЖИ-дің зерттеушілерге ғылыми салалардың тоғысындағы шекараларды зерттеуге көмектесу қабілетін бағалайды. «Серпінді жаңалықтар дәл сол жерде ашылуын күтіп тұр. Олар негізінен адам сирек баратын салалардың шекарасында жатыр».

Ол бұл жұмысты әлдеқайда ұзақ ғылыми дәстүрдің жалғасы деп санайды. «Біз айналамыздағы әлемді түсіну үшін әрқашан құралдар мен машиналарға сүйеніп келдік», — деді де ла Фуэнте. «Телескоп ғарышты айқындап берсе, микроскоп көзге көрінбейтін әлемді ашты». Енді машиналар зерттеушілерге биологияны түсінуге, болжауға және жобалауға көмектеседі. «Біздің жұмысымыздың мәні де осында», — деді ол.