Новая нейросеть позволяет создавать пептиды для борьбы с раком, болезнью Хантингтона и смертельно опасными вирусами.
На сайте nature опубликована статья о применении искусственного интеллекта для разработки пептидов — небольших молекул, способных связываться с вредными белками и разрушать их. Это возможно даже без знания трёхмерной структуры белков. Такой подход открывает перспективы для лечения заболеваний, которые ранее считались трудно поддающимися лечению, включая рак, болезни мозга и вирусные инфекции.
Работа выполнена межуниверситетской командой, в которую вошли исследователи из Университета Макмастера, Дьюкского и Корнелльского университетов. Инструмент под названием PepMLM основан на алгоритме, изначально предназначенном для распознавания человеческого языка в чат-ботах. Однако его обучили понимать «язык» белков.
В 2024 году Нобелевскую премию по химии получили учёные из Google DeepMind за систему AlphaFold, которая предсказывает трёхмерные структуры белков. Это стало важным шагом в разработке лекарств. Однако многие белки, связанные с заболеваниями, не имеют стабильной структуры. В таких случаях PepMLM предлагает альтернативный подход: он использует только аминокислотную последовательность белка для создания пептидных препаратов. Это позволяет нацеливаться на широкий круг белковых мишеней, включая те, которые ранее считались неизлечимыми.
«Большинство инструментов для разработки препаратов требуют знания трёхмерной структуры белка, но многие важные мишени такой структуры не имеют», — объясняет старший автор исследования Пранам Чаттерджи из Дьюкского университета. — PepMLM меняет правила игры: он создаёт пептидные связывающие молекулы, опираясь только на аминокислотную последовательность».
В лабораторных тестах команда продемонстрировала, что PepMLM может создавать короткие цепочки аминокислот, которые прочно связываются с белками, связанными с заболеваниями, и в некоторых случаях помогают метить их для разрушения. Среди протестированных мишеней — белки, участвующие в развитии рака, репродуктивных расстройств, болезни Хантингтона и вирусных инфекций. «Это один из первых инструментов, который может напрямую создавать такие молекулы на основе одной лишь аминокислотной последовательности белка», — добавляет Чаттерджи. — Это открывает путь к более быстрым и эффективным способам разработки новых терапий».
Значительную часть экспериментов провели в Университете Макмастера. Аспирантка лаборатории Рэя Труанта Кристина Пэнг исследовала болезнь Хантингтона. «Здорово видеть, что пептиды, созданные с помощью ИИ, действительно работают внутри клеток и разрушают токсичные белки», — говорит Пэнг. — Это может стать мощным подходом для лечения заболеваний, где традиционные препараты неэффективны».
В Корнелле в лабораториях Мэттью ДеЛизы и Эктора Агилара разрабатывали и тестировали пептиды для вирусных белков, а в Дьюке команда Чаттерджи создала саму модель и провела раннюю проверку её эффективности. «Эта работа показывает, что мы можем связывать любой белок с любым другим», — отмечает Рэй Труант, профессор кафедры биохимии и биомедицинских наук. — Мы можем целенаправленно разрушать вредные белки, стабилизировать полезные или управлять их модификациями в зависимости от терапевтической задачи».
Исследователи уже работают над новыми версиями алгоритмов — PepTune и MOG-DFM. Их цель — улучшить свойства пептидов в организме, повысить их стабильность, избирательность и удобство доставки. «Наш идеал— универсальная вакцина.И думаем, мы его достигнем».