Ученые ИТМО создадут молекулярные машины для терапии и диагностики заболеваний

В Университете ИТМО открылась новая лаборатория: в ней с помощью искусственного интеллекта (ИИ) создают молекулярные машины для терапии и диагностики заболеваний, об этом сообщает пресс-служба вуза.

«В  ИТМО открылась лаборатория "Генеративный дизайн ферментов и аптамеров". В ней ученые разрабатывают инструменты для создания молекулярных машин — наноустройств, которые способны ускорять химические реакции, избирательно связывать молекулы и даже выступать в роли биопроцессоров. В основе инструментов — методы искусственного интеллекта. Результаты исследований помогут в разработке лекарств для персонализированной медицины и POC-систем — мобильных устройств для лабораторной диагностики заболеваний», — отмечают в ИТМО. 

В вузе уточняют, что молекулярные машины — это биологические структуры, которые быстро и с высокой точностью выполняют важные задачи внутри клеток: позволяют им отвечать на сигналы внешней среды и общаться друг с другом. Также они помогают синтезировать молекулы ДНК, вырабатывать энергию и сокращаться мышцам. Молекулярные машины изобретены природой, однако ученые тоже стремятся искусственно создавать подобные устройства, которые дают возможность проводить тонкие манипуляции с молекулами (включая РНК, ДНК и белки), регулировать метаболизм клеток и редактировать геном. 

Лабораторию возглавил младший научный сотрудник химико-биологического кластера ИТМО Никита Серов. В команду также вошли магистранты программы «Химия и искусственный интеллект» и бакалавры из разных городов России.

«Цель лаборатории — разработка “семейства” инструментов на основе ИИ, data science и расчетных методов, которые позволят создавать молекулярные наноустройства для прикладных задач. Также в перспективе мы хотим сформировать систему “Lego молекулярных машин”. Она включит в себя поиск и создание отдельных независимых функциональных модулей, а также способы их сборки “под ключ” в молекулярные машины с заранее запрограммированным поведением», — рассказал Никита Серов.

Одно из направлений лаборатории — «Фермент под ключ». Ученые будут перестраивать при помощи генеративных нейронных сетей и эволюционных алгоритмов существующие природные молекулярные машины под конкретные задачи медицины и биотехнологий. Еще одно направление, в рамках которого ученые будут искать элементарные детали для молекулярных машин, — «Минимальный фермент». 

В будущем команда лаборатории планирует выяснить, какие возможности предоставляют гибридные молекулярные машины из разных типов биополимеров: белков, нуклеиновых кислот, липидов. Конечным продуктом, который объединит все разработанные инструменты, станет цифровая платформа с интуитивно понятным интерфейсом. Отмечается, что часть алгоритмов будет доступна людям без специальных знаний — они смогут сделать свой вклад в науку, решая сложные задачи в доступном формате.