«Научимся выращивать новые органы»: нейросеть OpenAI может создавать стволовые клетки и замедлять старение
- Сгенерировано с помощью ИИ
Компания Open AI сообщила о прорыве в области омоложения клеток и замедления старения человека. В сотрудничестве с биотехнологическим стартапом Retro Biosciences, занимающимся вопросами долголетия, Open AI разработала и протестировала новую версию искусственного интеллекта GPT-4b micro.
«Чтобы проверить нашу гипотезу о том, что ИИ может применяться для ускорения хода исследований в области наук о жизни, мы разработали и обучили специальную модель GPT-4b micro для обработки обширной базы знаний и навыков со всех направлений биологии с особым упором на управляемость и гибкость, что призвано сделать возможным применение в таких продвинутых сферах, как белковая инженерия», — отмечают в OpenAI.
Главной задачей, для которой создавалась нейросеть, стала разработка модифицированных белков, отвечающих за процессы регенерации человеческого организма — факторов Янамаки.
По заявлениям создателей нового ИИ, сгенерированные им белки более чем в 50 раз увеличили экспрессию маркеров перепрограммирования стволовых клеток по сравнению с контрольными образцами. Модифицированные варианты также продемонстрировали улучшенную способность восстанавливать повреждения ДНК, что указывает на более высокий потенциал омоложения по сравнению с исходным уровнем.
Омолаживающие белки
Процесс омоложения и борьбы со старением продолжительное время волнует учёных. Считалось, что изменение клеток и остановка старения неизбежно приводит к развитию раковых заболеваний, поскольку организм перестаёт уничтожать повреждённые и мутировавшие клетки.
«Любой живой организм накапливает определённое количество клеточных мутаций во время жизни. При делении клетка расходует часть своих возможностей. В первую очередь истончаются теломеры — концевые участки хромосом, состоящие из повторяющихся последовательностей нуклеотидов ДНК. Попытка искусственным образом стимулировать клетки может привести к тому, что они начнут делиться бесконтрольно, то есть станут раковыми», — отметила в беседе с RT руководитель лаборатории механизмов гибели клеток ИМБ РАН доктор биологических наук Гелина Копеина.
- Сгенерировано с помощью ИИ
Но в 2012 году японский биолог Синъя Яманака открыл четыре белка, которые способны перепрограммировать любую клетку, возвращая её в «молодое» состояние, близкое к эмбриональному.
Японец смог доказать возможность создания стволовых клеток и, по сути, обратить процесс старения человеческого организма вспять. Открытые Янамакой белки OCT4, MYC (OSKM), SOX2 И KLF4 получили название «факторы Янамаки», а сам учёный получил за свою работу Нобелевскую премию в области физиологии.
Вместе с тем до недавнего времени главной проблемой оставалась низкая эффективность работы факторов Янамаки. Как отмечают в OpenAI, в своей «дикой форме» эти белки преобразуют лишь 0,1% клеток, а сам процесс лечения может занимать несколько недель.
Прорыва, как утверждается, удалось добиться благодаря новой нейросети GPT-4b micro. Сгенерированные ИИ модификации факторов Янамаки показали феноменальный прирост до 50% в эффективности своей работы.
Результаты моделирования были подтверждены экспериментами с донорскими клетками фибробластов человека (из кожи и соединительной ткани). В исследованиях использовался белковый коктейль RetroSOX/KLF, сгенерированный нейросетью.
По итогам тестов более 85% обработанных клеток активировали эндогенную экспрессию важнейших маркеров стволовых клеток.
Исследователи также отметили новые свойства модифицированных белков: полученные с их помощью стволовые клетки способны дифференцироваться во все три зародышевых слоя организма (энтодерму, эктодерму и мезодерму) и сохраняли стабильность генома после многократного деления.
«Нельзя отсрочить старение, просто съев таблетку»: российский учёный — о механизмах долголетия
Как отметила Гелина Копеина, вопрос исследования стволовых клеток является чрезвычайно сложным. Важно понимать, что результаты, полученные в чашке Петри, могут не воспроизвестись при эксперименте над полноценным живым организмом.
«Вопросы регенерации, безусловно, очень важны. Но для серьёзных выводов нужны результаты исследований на организме. Первый этап в чашке Петри показал хороший результат. Но следующий этап — это организм. Потому что там это может сработать совсем по-другому и результат непредсказуем», — подчеркнула эксперт.
ИИ и медицина
Параллельно с OpenAI и Retro Biosciences разработки в области ИИ, предназначенного для изучения клеток и белков, ведёт компания Google.
Их нейросеть AlphaFold, представленная в 2020 году, способна предсказывать форму белков и прогнозировать их структуру.
Как заявляют разработчики, нейросеть помогает учёным понять, за что отвечают конкретные белки и как они взаимодействуют с другими биомолекулами. Таким образом, исследования, которые раньше могли занимать годы, проводятся за считанные минуты.
«На данный момент AlphaFold предсказала более 200 миллионов белковых структур, охватив практически все каталогизированные белки, известные науке. Ресурс AlphaFold Protein Structure Database (база данных AlphaFold о белковых структурах. — RT) предоставляет свободный доступ к этим данным. На сегодняшний день у неё более двух миллионов пользователей в 190 странах. Это может означать, что он позволил сэкономить миллионы долларов, а также сотни миллионов лет исследовательского времени», — подчёркивают в Google.
Ключевым отличием между разработкой OpenAI и AlphaFold является то, что новейшая нейросеть GPT-4b micro не предсказывает структуру белка — она самостоятельно генерирует новые белки по заданному запросу, что открывает новые возможности для генеративной медицины и биотехнологий.
Разработки в данной области ведутся и в России. Так, в 2024 году в пресс-службе Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова сообщали, что учёные вуза разработали алгоритм, который с высокой точностью предсказывает энергию связывания белков SARS-CoV-2.
«Получать удовольствие от жизни очень важно»: российский биолог развеял мифы о возможности предотвратить старение
В МГУ подчёркивали, что их алгоритм превзошёл все существующие аналоги в мире по точности прогноза. По мнению авторов разработки, алгоритм можно использовать для оценки связывания белков в малоизученных комплексах и в борьбе с COVID-19 и онкологическими заболеваниями.
Как отметил в беседе с RT эксперт по разработке и внедрению искусственного интеллекта в медицине Кирилл Атрошин, сегодня искусственный интеллект применяется в самых разных областях медицины и значительно облегчает работу врачей и учёных.
«Разработка новых лекарственных препаратов, мониторинг состояния пациентов, предиктивная аналитика, выявление риска заболевания, оценка состояния здоровья, подбор терапии и лечения — все эти задачи так или иначе сейчас решаются с помощью ИИ. Уже есть решения, которые используются в клиниках, как государственных, так и частных», — заявил эксперт.
Новые горизонты
По словам экспертов, проводимые OpenAI и Retro Biosciences исследования стволовых клеток и клеточного омоложения направлены на получение возможности перепрограммировать клетки уже зрелого организма, что открывает возможности для восстановления повреждённых органов.
«Мы знаем, что при инфаркте сердечная ткань умирает и постепенно замещается рубцовой нефункциональной тканью. Вероятно, при помощи препаратов, основанных на вот этих открытиях, можно будет возвращать сердце к доинфарктному рабочему состоянию», — отметил Кирилл Атрошин.
В свою очередь Гелина Копеина подчеркнула, что вопрос старения и противодействия ему до сих пор до конца не исследован учёными. В науке не существует единой теории, объясняющей процесс одряхления тканей и медленного угасания организма.
«Есть как минимум шесть концепций, и вокруг них постоянно ведутся споры. Но уверенно никто не знает, почему, собственно говоря, мы стареем. У биологических организмов есть механизмы регенерации, но у человека они не обеспечивает 100% восстановления. Человеческий организм очень сложен и представляет собой строгую систему. Поэтому говорить о появлении «лекарства от старости» пока ещё преждевременно», — резюмировала эксперт.
Искусственный интеллект, по мнению Копеиной, может помочь учёным найти ответы на эти фундаментальные вопросы и стать хорошим подспорьем в проведении научных изысканий и расширении знаний о работе человеческого организма.
- Сгенерировано с помощью ИИ
Вместе с тем Кирилл Атрошин не исключил, что в будущем благодаря использованию ИИ в науке человечество намного быстрее сможет совершать новые открытия, и исследования стволовых клеток — хороший тому пример.
«Безусловно, новые технологии открывают широкие возможности. Я не исключаю, что скоро мы научимся выращивать новые органы и утраченные конечности. Наверное, и до этого технологии тоже дойдут. То, что мы видели в фантастических фильмах, мы, возможно, увидим и на практике. Это вопрос нескольких десятилетий», — подытожил эксперт.
