Како еден истражувач бара нови антимикробни молекули со Codex и ChatGPT

Микробите отпорни на лекови, меѓу кои бактерии, габи, паразити и вируси, претставуваат сè поголема глобална закана. Околу пет милиони смртни случаи во 2021 година биле поврзани⁠(се отвора во нов прозорец) со бактериска антимикробна отпорност — годишен број што, според процените, приближно ќе се удвои до 2050 година. Пронаоѓањето молекули со потенцијал да станат антимикробни средства може да трае со години. Истражувачите користат ВИ за да ја забрзаат оваа рана фаза од откривањето.

„Според мене, антимикробната отпорност е една од најголемите егзистенцијални закани за човештвото“, рече Сесар де ла Фуенте⁠(се отвора во нов прозорец), биоинженер чија интердисциплинарна лабораторија бара потенцијални антимикробни средства. „А сепак, веќе 50 години немаме нова класа антибиотици.“

Голем дел од современиот развој на антимикробни средства е насочен кон изменување на постојните лекови или пребарување познати класи хемиски соединенија. Но таквиот пристап дава сè помали резултати.

Лабораторијата на де ла Фуенте почнува од многу помалку истражено место: кодот на животот. Основната идеја на оваа работа е дека биологијата претставува информациски систем. „Нуклеотидите од кои е составена ДНК и аминокиселините од кои се составени протеините и пептидите се нешто како азбука“, рече де ла Фуенте. „Разгледувањето на биологијата како информација ни овозможи да развиеме методи што можат да почнат да ги дешифрираат начелата според кои е организиран животот и од кои настанала функционална молекула.“

Моделите за длабоко учење на лабораторијата се обучени да препознаваат обрасци во биолошките секвенци, што им овозможува да пребаруваат огромни збирки геномски и протеински податоци за потенцијални антимикробни средства. Овој пристап може да го скрати првичното барање молекули-кандидати од неколку години на неколку часа.

Покрај сопствените модели на ВИ, лабораторијата ги користи ChatGPT и Codex за осмислување хипотези, пишување и усовршување код, обработка на податоци, анализа на резултати и поврзување идеи од различни научни дисциплини.

Само за мал дел од геномот има јасно разбрана функција, а уште помал дел кодира молекули што можат да се борат против заразни микроби. Предизвикот е да се утврдат обрасците што ја прават молекулата функционална, односно биолошки активна, а потоа да се одреди кои молекули имаат потенцијал да се борат против заразни микроби.

Научниците одамна бараат антимикробни средства во растенија, животни, микроби, инсекти, вода и почва. Тие собираат примероци, изолираат или предвидуваат молекули-кандидати и ги тестираат во повторлив процес што може да трае со години.

Дигиталните бази на геномски и протеински податоци сега им овозможуваат на научниците да бараат нови соединенија низ целото дрво на животот, со што драстично се проширува опсегот на базите достапни за истражување. Но ова изобилство од информации носи и свои предизвици: пронаоѓање ветувачки сигнали меѓу огромен број можности.

ВИ е особено погодна за оваа задача на барање игла во пласт сено. Таа може да прегледува огромни збирки податоци, да препознава обрасци што истражувачите тешко би ги забележале и да издвојува податлив број кандидати за експериментално тестирање.

Но пронаоѓањето ветувачки кандидат не значи дека тој нужно ќе стане ефикасен лек.

Научниците прво мора да потврдат дека молекулата-кандидат го уништува целниот микроб, да ја утврдат количината потребна за да биде ефикасна и да испитаат како влијае врз човечките клетки. Потоа хемичарите може да ја оптимизираат за да ги подобрат нејзината ефикасност, безбедност или стабилност.

Со дополнителни тестови се проценуваат дозата при која кандидатот станува токсичен, брзината со која микробите развиваат отпорност кон молекулата и начинот на кој кандидатот се движи низ телото. Тимовите утврдуваат и сигурен начин за производство на молекулата. Кандидатите што ќе ги надминат овие пречки сепак мора да поминат регулаторна проверка и клинички испитувања пред да стигнат до пациентите како одобрени антимикробни лекови.

За де ла Фуенте, токму затоа ВИ и лабораториската биологија мора да напредуваат заедно. „Експериментите во реални услови се неопходни за да се потврдат предвидувањата на ВИ“, рече тој. „Во годините што следуваат, ова ќе биде пресудно за природните науки ако сакаме и понатаму барем да загребуваме под површината на нашето разбирање на биологијата, која е најсложеното нешто што постои.“

Неговата лабораторија ги истражува геномите на живи и изумрени организми во потрага по молекули-кандидати. Пребарувањето на тие геноми, разбирањето како се создаваат и функционираат протеините кодирани во нив и утврдувањето на дејството на тие молекули бараат стручност од повеќе области.

„Ние сме изразито трансдисциплинарна група, па имаме луѓе од биологијата, хемијата, компјутерските науки и инженерството“, рече де ла Фуенте. Некои членови на лабораторијата се одлични програмери, но знаат помалку за биологија или хемија, и обратно. Codex и ChatGPT помагаат да се премостат тие празнини, овозможувајќи им на биолозите да создаваат програми, а на програмерите да решаваат биолошки проблеми. Во таа смисла, ВИ ги намалува пречките меѓу научните дисциплини.

Им помага на членовите на лабораторијата да проучуваат непознати теми потребни за нивната интердисциплинарна работа, да ја појаснуваат терминологијата, да споредуваат методи од различни области и да организираат идеи за откривање лекови. Други користат ВИ за преземање, организирање и претходна обработка на големи збирки геномски податоци. ChatGPT, исто така, им овозможува на членовите на лабораторијата да работат на своите мајчини јазици, со што се отстрануваат пречките и се забрзуваат работните процеси.

Де ла Фуенте го користи ChatGPT како партнер за осмислување идеи. Тој продолжува да развива идеи со колегите, но ја цени способноста на ВИ да му помогне да обликува хипотеза. Му се допаѓа и тоа што со еден клик може да пристапи до информациите од целиот свет.

„Во нашиот работен простор на ChatGPT пристигнуваат придонеси од сите овие луѓе што размислуваат на различни начини за проблемите што се обидуваме да ги решиме“, рече де ла Фуенте. Членовите на лабораторијата ги внесуваат своите добри и лоши идеи, претворајќи го во своевиден простор за заедничко разгледување на идеите.

Но тој предупредува дека не треба да се потпираме само на ВИ. „Секако, точноста секогаш мора да се провери уште еднаш“, рече де ла Фуенте.

Сепак, тој ја цени способноста на ВИ да им помага на истражувачите да ги проучуваат границите меѓу научните дисциплини. „Токму таму чекаат откритијата. Тие, всушност, се на границите меѓу областите, каде што се впуштаат многу малку луѓе.“

Тој ја гледа оваа работа како дел од многу подолга научна традиција. „Отсекогаш сме се потпирале на алатки и машини за да го разбереме светот околу нас“, рече де ла Фуенте. „Телескопот го осветли космосот, а микроскопот го откри светот на невидливото.“ Машините сега им помагаат на истражувачите да ја разберат, предвидуваат и обликуваат биологијата. „Токму на тоа се сведува нашата работа“, рече тој.