"Това променя всичко": Изкуствен интелект разгада как се нагъват протеините

"Това променя всичко": Изкуствен интелект разгада как се нагъват протеините

© DeepMind



След като стана известна с успехите си в игри като шах и го, групата за изкуствен интелект DeepMind разреши сериозен научен проблем, който затруднява изследователите в продължение на половин век.


С най-новата си програма за изкуствен интелект, AlphaFold, компанията показа, че може да предскаже как протеините се сгъват в 3D форми - изключително сложен процес, който е основен за разбирането на биологичните механизми на живота.


Независими учени заявиха, че пробивът ще помогне на изследователите да разкрият механизмите, които причиняват някои болести, да проправи път за дизайнерски лекарства, подобрени земеделски култури и "зелени ензими", които могат да разграждат пластмаса, пише в. "Гардиън"




DeepMind заяви, че е започнал работа с шепа научни групи и първоначално ще се фокусира върху маларията, сънната болест и лайшманиозата, паразитно заболяване.


"Това е вълнуващ момент, каза Демис Хасабис, основател и главен изпълнителен директор на DeepMind. Тези алгоритми вече стават достатъчно зрели и достатъчно мощни, за да бъдат приложими за наистина предизвикателни научни проблеми."


Венки Рамакришнан, президент на Кралското общество на Великобритания, нарече работата "зашеметяващ напредък, настъпил десетилетия преди много хора в тази област да са очаквали".


DeepMind е най-известна със своите програми, които постигнаха надмощие в шаха, го, Starcraft II и класически игри на Atari. Но свръхчовешкият геймплей никога не е бил основната цел на компанията - игрите предоставиха тренировъчна площадка за програми, които, след като са достатъчно мощни, ще бъдат използвани за реални проблеми.

Нагъването на протеини е голямо предизвикателство в биологията от близо 50 години и е трудно да се надцени неговото значение. Повечето биологични процеси зависят от протеините и формата на протеина определя неговата функция. Когато изследователите знаят как се сгъва протеинът, те могат да започнат да разкриват какво точно прави той. Как инсулинът контролира нивата на захар в кръвта и как антителата се борят с коронавируса се определят от протеиновата структура.


Учените са идентифицирали повече от 200 милиона протеина, но структурите са известни само за малка част от тях. До момента структурата се откриваше чрез щателна лабораторна работа, която може да отнеме години. И докато компютърните учени са постигнали напредък по проблема, изводът за структурата от състава на протеина не е лесна задача. Протеините са вериги от аминокиселини, които могат да се усукват и да се огъват в изумително разнообразие от форми - около гогол на куб, или 1, последвано от 300 нули.


Много заболявания са свързани с ролята на протеините в катализирането на химични реакции (ензими), борба с болести (антитела) или предаването на информация (хормони като инсулин).


"Дори малките пренареждания на тези жизненоважни молекули могат да имат катастрофални ефекти върху здравето ни, така че един от най-ефективните начини за разбиране на болестите и намиране на нови лечения е изследването на участващите протеини. Разработването на формата само на един изисква скъпо оборудване и може да отнеме години.


Джон Моулт,

биолог от Университета в Мериленд и председател на CASP


За да научат как се сгъват протеините, изследователите от DeepMind обучават своя алгоритъм в публична база данни, съдържаща около 170 000 протеинови последователности и техните форми. Работейки с еквивалента на 100 до 200 графични процесора - по съвременни стандарти сравнително малко количество изчислителна мощ - обучението отне няколко седмици.


DeepMind тества AlphaFold в "протеиновите олимпийски игри" CASP (Critical Assessment of Protein Structure Prediction). Участниците в международното състезание получават аминокиселинните последователности за около 100 протеина и са предизвикани да изработят тяхната структура. Резултатите от екипи, които използват компютри, се сравняват с тези, базирани на лабораторна работа.


Как работи предизвикателството?


През 1972 г. Кристиан Анфинсен получава Нобелова награда за работата си, показваща, че трябва да е възможно да се определи формата на протеините въз основа на последователността на техните аминокиселинни градивни блокове.


На всеки две години десетки екипи от над 20 страни се опитват да предскажат с помощта на компютри формата на набор от около 100 протеина от техните аминокиселинни последователности.


В същото време триизмерните структури се разработват в лабораторията от биолози, използвайки традиционни техники като рентгенова кристалография и ЯМР спектроскопия, които определят местоположението на всеки атом един спрямо друг в протеиновата молекула.


След това екип от учени от CASP сравнява тези прогнози с 3D структурите, получени с помощта на експериментални методи.


CASP използва метрика, известна като "глобален тест за отстояние", за да оцени точността, варираща от 0 до 100. Резултат от около 90, който програмата AlphaFold на DeepMind постигна, се счита за сравним с лабораторните техники.



AlphaFold не само превъзхожда другите компютърни програми, но достига точност, сравнима с трудоемките и отнемащи време лабораторни методи. Когато се класира по всички анализирани протеини, AlphaFold има средна оценка 92.5 от 100. За най-трудните протеини средният резултат е спаднал, но незначително - до 87.


Хасабис казва, че DeepMind е започнала работа по това как да предостави на изследователите достъп до AlphaFold, за да помогне с научните изследвания. Андрей Лупас, директор на Института за развитие на биологията "Макс Планк" в Тюбинген, Германия, заяви пред списание Nature, че вече е използвал програмата за решаване на протеинова структура, върху която учените са се трудили в продължение на десетилетие.


"Това е промяна в играта", казва Лупас, който очаква очаква AlphaFold да промени начина му на работа и въпросите, с които се занимава. "Това ще промени медицината. Това ще промени изследванията. Това ще промени биоинженерството. Това ще промени всичко", добавя той.


Как ще се използва тази информация?


Познаването на триизмерната структура на протеина е важно за проектирането на лекарства и за разбирането на човешките заболявания, включително рак, деменция и инфекциозни заболявания.


Един пример е COVID-19, където учените изследват как протеиновият "шип" на повърхността на вируса Sars-CoV-2 взаимодейства с рецепторите в човешките клетки.


Учени ще искат да разгледат данните, за да определят колко точен е методът на DeepMind и колко добре се представя на различни нива.


Все още има пропуск в знанията, включително да се разбере как се образуват комплексни протеини и как протеините взаимодействат с други молекули като ДНК и РНК.


"Сега, когато проблемът е решен до голяма степен за единични протеини, е отворен пътят за разработване на нови методи за определяне на формата на протеиновите комплекси - групи от протеини, които работят заедно, за да формират голяма част от механизмите на живота, и за други приложения", смята Андрей Криштафович от Университета на Калифорния в Дейвис и едни от съдиите на CASP.


Всичко, което трябва да знаете за:

Ключови думи към статията:

Коментари (34)
  1. Подредба: Сортирай
  1. 1 Профил на deymus
    deymus
    Рейтинг: 764 Неутрално

    Браво, стъпка в правилната посока.

  2. 2 Профил на Deaddark
    Deaddark
    Рейтинг: 2717 Неутрално

    Браво, голямо постижение! А и статията е на високо ниво.

  3. 3 Профил на valtoro
    valtoro
    Рейтинг: 920 Неутрално

    Отлично тъкмо е време за нагъване на свински протеини !!!

  4. 4 Профил на Chironex
    Chironex
    Рейтинг: 381 Неутрално

    Брави на DeepMind. Изкуствения интелект в някои области вече е изпреварил хората. Не е далече деня, в който ще ни изпревари във всичко.

  5. 5 Профил на samoedin
    samoedin
    Рейтинг: 3478 Любопитно

    " Познаването на триизмерната структура на протеина е важно за проектирането на лекарства и за разбирането на човешките заболявания, включително рак, деменция и инфекциозни заболявания.
    Един пример е COVID-19, където учените изследват как протеиновият "шип" на повърхността на вируса Sars-CoV-2 взаимодейства с рецепторите в човешките клетки."

    Пробивът в това как се гънат аминокиселините блокове в протеина наистина обещава да бъде нещо революционно, където най - после болести като рака да бъдат неутрализирани, а защо не и СПИН, например ! Наистина, огромно са ползите от подобна предвидимост и в селското стопанство, и в медицината, навсякъде, но нека да изчакаме и да видим резултатите нагледно от този невероятен пробив на изкуствения интелект в структурата на протеините и до 92 % предвидимост на техните форми !!! Успех !!!!!

  6. 6 Профил на Deaddark
    Deaddark
    Рейтинг: 2717 Весело

    До коментар [#4] от "Chironex":

    Може да е следващата стъпка на еволюцията. Тя и маймуната е била най-интелигентна преди появата на човека. И не е станало само в една стъпка - от ИИ, дето бие на шах, защо не до ИИ който е номер едно сред всички.

  7. 7 Профил на uq
    uq
    Рейтинг: 2105 Неутрално

    Ето това е новина, а не коя ку[email protected] е снимала барба Ганьос как си гушка евраците и пищова

  8. 8 Профил на 'ΕΡΕΒΟΣ
    'ΕΡΕΒΟΣ
    Рейтинг: 2405 Неутрално

    Това е огромен скок за науката !

    Не се родих Грък по собствено желание.Просто имах късмет ! За един Грък граница е само Хоризонта !
  9. 9 Профил на Darkman
    Darkman
    Рейтинг: 1513 Неутрално

    Въпреки огромният прогрес на микробиология, медицина, фармация, физика и химия, ето този абзац говори много за нивото, до което сме достигнали:

    "Все още има пропуск в знанията, включително да се разбере как се образуват комплексни протеини и как протеините взаимодействат с други молекули като ДНК и РНК."

    Тоест учените не могат да кажат дори една ваксина как действа на ниво протеини, ДНК и РНК и как променя взаимодействията между тях, защото не са изучили това взаимодействие.

    Фобиите и филиите са признак на ниско самочувствие и слугинаж
  10. 10 Профил на lil_alex
    lil_alex
    Рейтинг: 1059 Весело

    Протеини се нагъват най-добре печени на скара. Може под формата на бургерче или чийзбургер.

  11. 11 Профил на rainbou1
    rainbou1
    Рейтинг: 1170 Разстроено

    Светът върви напред, а ние се занимаваме с кюлчета и шкафове.

  12. 12 Профил на klecho
    klecho
    Рейтинг: 735 Неутрално

    До коментар [#5] от "samoedin":

    Надявам се си наясно, че СПИН (имаш предвид ХИВ) е много по-просто вирусно заболяване от т.нар. рак, който обхваща над 300 болести.

    Естествено, че ако се намери решение на молекулярно ниво в борбата с рака, то може да бъде напаснати, да е успешно срещу всички познати и непознати микроорганизми.

    Говорейки за ХИВ, триизмерната структура на вируса беше открита още преди 10 години от ...геймъри-маниаци. За седмица. След като научната общност не успя да се справи с това предизвикателство за 30 години.

    Въобще и на Запад е пълно с феодални старци, които презират това което не разбират, достатъчно ограничени са да не могат да разберат алтернативните форми на познание и т.н. На принципа, че щом хомеопатията е шаманство, значи всичко е.

    Малко офтопик: пък в икономиката си мислят, че могат да създадат богатство чрез печатане.

  13. 13 Профил на lil_alex
    lil_alex
    Рейтинг: 1059 Неутрално

    А искате ли хорърче? С технологията на mRNA карат клетките ти да си произведат и нагънат прионче. Неприятен, репликиращ протеин, който ти задръства нервната система и те превръща в зомби. Не е теория, просто фантастичен елемент изцяло от моето въображение...но не напълно невъзможен сценарий...

  14. 14 Профил на Корки
    Корки
    Рейтинг: 2517 Неутрално

    Преди да се включи ИИ е необходимо натрупването на експериментални данни. Следваща стъпка би трябвало да бъде изследвания препоръчани от ИИ за попълване на липсващи звена в картината.

    Свободата е възможноста сам да си наложиш дисциплина, преди да са ти я наложили други.
  15. 15 Профил на etar
    etar
    Рейтинг: 854 Неутрално

    Отлично тъкмо е време за нагъване на свински протеини !!!
    —цитат от коментар 3 на valtoro


    Сега официално е време за пост. Най-подходящото време е на коледа и след това.

  16. 16 Профил на GMO VACCINES CHEMICALS
    GMO VACCINES CHEMICALS
    Рейтинг: 2660 Неутрално

    До коментар [#15] от "etar":

    Хехе официално било. Пости си ти, щом та кефи. Има едни други дето официално не ядат свинско въобще. Дреме ми на суджука.

    ☠ ☠ ☠ Long after humanity and its works were dust, the Sun engulfed Earth, heaved its last gasp of energy out into an insouciant cosmos, and died.
  17. 17 Профил на katerina_slavova
    katerina_slavova
    Рейтинг: 662 Неутрално

    Това е най-силната новина тази година. Още е в начален стадии, но е феноменално.

  18. 18 Профил на авторът
    авторът
    Рейтинг: 1513 Неутрално

    До коментар [#4] от "Chironex":

    Какво е изкуственият интелект и как е изпреварил човешикия?!? Изкусвеният интелект е човешки интелект, който възлага решаването на поставените от него задачи на компютърни програми. Последните също са човешки продукт и следват
    овешки алгоритми. Възможността за самоусъвършенстване на компютърните програми също е заложено от програмиста. Просто компютърът разширяварадикално възможностите да се реализира потенциалътна човешикия мозък. По същият начин в индустриалната епоха машиините са удъжили възможностите на човешиките ръце. Изкуственият интелект няма нищо общо с формите на живот и затова е смешно да се сравнява с човешкия интелект, камо ли да го изпреварва.

  19. 19 Профил на linard
    linard
    Рейтинг: 227 Разстроено

    До коментар [#7] от "uq":


    До коментар [#11] от "rainbou1":

    Изкуствен интелект ли ви е необходим за да схванете, че ние не вървим напред точно заради шкафчетата на някои хора, които се грижат само за пълнежа им, нямайки дори идея за нещо повече?!
    Не знам какво очаквате от посредствен галфон, за когото програмистите са магьосници, а страната му и умовете на повечето хора в нея са обладани от години от най-долнопробна, предимно руска пропаганда, отричаща достиженията на наука, изкуство, образование, маргинализираща образованите хора и дебилно очерняща ЕС.
    Всъщност прекалено малко се занимаваме професионално с шакфчетата, а троленето ви в тая посока цели единствено да неглижира отново и отново отвратителното състояние с управлението на страната.
    (Просто не мога да повярвам как е възможно (!) в тази тема да вкарате рефрена за шкафчетата, голяма изобретателност няма що, дано да си струва стотинките... Реално вие лично сте причина да сме в това положение, не знам защо не си давате сметка за това)

  20. 20 Профил на carmello
    carmello
    Рейтинг: 715 Любопитно

    До коментар [#18] от "авторът":

    да, така е, според мен много хора не осъзнават разликата между ''интелект'' и ''съзнание'' - то изкуствен интелект е и климатика сам да се включи като падне температурата под 20С, но да може машина да мисли като в Терминатор.....науката още не е наясно дали изобщо е възможно това някога

  21. 21 Профил на GMO VACCINES CHEMICALS
    GMO VACCINES CHEMICALS
    Рейтинг: 2660 Неутрално

    До коментар [#20] от "carmello":

    е това на климатика е по-скоро рефлекс, но нещата са горе-долу така :)

    ☠ ☠ ☠ Long after humanity and its works were dust, the Sun engulfed Earth, heaved its last gasp of energy out into an insouciant cosmos, and died.
  22. 22 Профил на Литекс се преименува на ЦСКА минус  София
    Литекс се преименува на ЦСКА минус София
    Рейтинг: 1206 Неутрално

    Без всяко съмнение голяма крачка по пътя на биоинженерството.
    А, дали води този път към рая или ада, никой не знае.

  23. 23 Профил на galapagas
    galapagas
    Рейтинг: 761 Неутрално

    Браво, голямо постижение! А и статията е на високо ниво.
    —цитат от коментар 2 на Deaddark


    На високо ниво е, защото Дневник са я преписали от Гардиан:

    https://www.theguardian.com/technology/2020/nov/30/deepmind-ai-cracks-50-year-old-problem-of-biology-research

    А Гардиан преди това от Нейчър:

    https://www.nature.com/articles/d41586-019-01357-6

  24. 24 Профил на Литекс се преименува на ЦСКА минус  София
    Литекс се преименува на ЦСКА минус София
    Рейтинг: 1206 Неутрално

    До коментар [#18] от "авторът":

    Човешкият интелект също е заложен по определен алгоритъм.
    Настоящата статия още веднъж го покзва.
    Оказва се, че човек сам не може да разчете собствения си алгоритъм, а това ще направи изкуствен интелект, който пък е създаден от човека.
    И може да се окаже накрая, че алгоритъма на "естествения интелект" - човешкия разум е създаден от външен програматор. А той на свой ред . е създаден от ..
    Тоест "накрая" никога няма. Както вселената е безкрайна и времето няма начало.
    И единственият отговор, който "изкуствения интелект" никога няма да деде е, кое е първично - яйцето или кокошката.

  25. 25 Профил на Роси
    Роси
    Рейтинг: 7066 Неутрално

    А какво ще стане, когато изкуственият интелект сам започне да взема решения и да се възпроизвежда, и няма да се нуждае от човека.

  26. 26 Профил на wyf06694942
    wyf06694942
    Рейтинг: 5 Неутрално

    До коментар [#25] от "Роси":

    Защо гледаме с такава тревога на ИИ? Нали хората ще бъдат винаги в състояние да дръпнат шалтера?

    Хората попитали компютъра: "Има ли Бог?"
    "Вече има" - отвърнал компютърът и запоил шалтера.
    ,,Кратки отговори на големите въпроси"-Стивън Хокинг

  27. 27 Профил на realismisthename
    realismisthename
    Рейтинг: 741 Неутрално

    Да образоваме малко нацията - изкуствен ителект наричат много неща, повечето от който нямат никакъв интелект, но имат чудовищни способности за изчисляване. Пълна каша е в главите на хората кое какво е, понеже всеки гледа да използва най-грандоманска думичка да опише това, с което се занимава, а изкуствен интелект звучи велико.

    Този изкуствен интелект, описан в статията е много полезен, но термина обърква читателя, понеже не е изкуствен, нито интелект, а е програма, компютърен код, работещ на принципа на машинното обучение - даваш му данни, "научава" какво е правено до сега, и на базата на това предполага (с голяма точност) - какво ще става в бъдеще, как се нагъват протеините. Как го прави - като намира скрити зависимости в данните, които не могат да се видят с просто око. Всичко е чудовищна математика, и самото "обучение", което се случва на тези 200 видео-карти, споменати в статията всъщност реално представлява видео-картите харчат ток на поразия и смятат математически операции с матрици nonstop през това време и нищо друго. Велико е, но не е изкуствен интелект в смисъла в който го разбира читателя, който досег с матрици е имал последно в прогимназията.

    Страшния изкуствен интелет го наричат singularity, това е всемогъщия интелет запояващ шалтера и за щастие е все още научна фантастика и може да сте спокойни, че ще си остане такава за следващите много години.

  28. 28 Профил на hope
    hope
    Рейтинг: 3743 Неутрално

    “epMind заяви, че е започнал работа с шепа научни групи и първоначално ще се фокусира върху маларията, сънната болест и лайшманиозата, паразитно заболяване.”

    Тези болести са свързани с едниклетъчни паразити, вируси, бактерии и ......... в тази група - сънна апнея?

    Браво, успех за науката.

    Любовта ще спаси света!!!
  29. 29 Профил на hope
    hope
    Рейтинг: 3743 Неутрално

    До коментар [#27] от "realismisthename":


    Интересно, правени ли са опити, да вкарат историята на човечеството?

    Любовта ще спаси света!!!
  30. 30 Профил на katerina_slavova
    katerina_slavova
    Рейтинг: 662 Неутрално

    А какво ще стане, когато изкуственият интелект сам започне да взема решения и да се възпроизвежда, и няма да се нуждае от човека.
    —цитат от коментар 25 на Роси


    Каво ще стане ли? Рай на Земята, според мен.

  31. 31 Профил на katerina_slavova
    katerina_slavova
    Рейтинг: 662 Неутрално

    До коментар [#25] от "Роси": Защо гледаме с такава тревога на ИИ? Нали хората ще бъдат винаги в състояние да дръпнат шалтера?Хората попитали компютъра: "Има ли Бог?""Вече има" - отвърнал компютърът и запоил шалтера.,,Кратки отговори на големите въпроси"-Стивън Хокинг
    —цитат от коментар 26 на wyf06694942


    Това, че сме разбрали, че Еволюцията съществува, не озанчава, че тя приключва с нас.

    -Катерина Славова

  32. 32 Профил на Chironex
    Chironex
    Рейтинг: 381 Неутрално

    До коментар [#18] от "авторът":


    До коментар [#27] от "realismisthename":

    А да се уточниме за кво иде реч.
    Изкуствения интелект има три степени - тесен, общ и супер интелект.
    В случая става въпрос за тесен изкуствен интелект, който е създаден за да реши даден проблем/проблеми и е тясно специализиран за това. Не следва компютърна програма, а "мисли" - точно като този които играе шах - в него са вкарани правилата и целта, как ще я постигне е негова работа. Няма как да се направи програма за всички ходове в шаха, нали така. Така че айде да не го сравняваме с калкулатор.

  33. 33 Профил на picko
    picko
    Рейтинг: 475 Неутрално

    Това наистина е страхотно напредване! Ще отпадне нуждата от споделената компютърна мощ за нагъване на протеини, в която и аз участвам - https://foldingathome.org/

  34. 34 Профил на Kosta Delev
    Kosta Delev
    Рейтинг: 991 Любопитно

    Това би трябвало да е най-съществената новина за годината...





За да коментирате, е нужно да влезете в профила си или да се регистрирате.
С използването на сайта вие приемате, че използваме „бисквитки" за подобряване на преживяването, персонализиране на съдържанието и рекламите, и анализиране на трафика. Вижте нашата политика за бисквитките и декларацията за поверителност. ОK