Искусственный интеллект в биологии

Искусственный интеллект занимает в современной биологии важное место — с его помощью можно предсказать строение белка, изучить структуру гена или даже написать научную статью. (Кстати — и прочитать тоже можно, чтобы попросить алгоритм извлечь из нее нужные факты.) В первой статье спецпроекта «Искусственный интеллект в биологии» мы попытаемся проследить, с чего всё начиналось и как искусственный интеллект пришел в биологию — или, наоборот, вышел из нее. Мы изучим основные вехи истории машинного обучения и обсудим их с российскими и зарубежными экспертами.

На фоне конкуренции между Microsoft, Google, Meta, Amazon и другими техногигантами за звание обладателя лучшего чат-бота, достижения аналогичных моделей в биохимии и структурной биологии остаются слегка за кадром. А успехи есть, и еще какие! В этой статье спецпроекта «Искусственный интеллект в биологии» «Биомолекула» постарается исправить несправедливость и расскажет, как работают «большие языковые модели» на последовательностях биомолекул и к чему их можно применить в биологии. Мы также обсудим аналогии между биополимерами и привычными нам текстами, которые позволяют применять языковые модели к белкам и ДНК. Не забудем поговорить и про нашумевший AlphaFold — причем будем его не только хвалить! Ну и как всегда, поделимся кейсами, которые уже меняют структурную и другие области биологии.

Предсказание пространственной структуры белка — задача, сформулированная еще Кристианом Анфинсеном, — на протяжении десятилетий решалась лишь косвенно. Ситуация радикально изменилась с появлением AlphaFold 1/2. Его успех был настолько значительным, что уже ознаменовался Нобелевской премией (в 2024 г.) и породил ощущение, что проблема в целом «закрыта». Однако история этим не закончилась: современная версия — AlphaFold 3 — объединяет эволюционный подход, унаследованный от предыдущих поколений, и диффузионные модели, пришедшие из генерации изображений. Такое сочетание позволяет выйти за пределы белковых структур и предсказывать целые «молекулярные сцены» с участием малых молекул или нуклеиновых кислот. Станет ли AlphaFold3 панацеей — или структуры белок-лигандных комплексов требуют новых подходов? Георгий Куракин, постоянный автор «Биомолекулы», пытается разобраться в этом вопросе с помощью Алексея Орлова, руководителя Лаборатории вычислительной биомедицины и молекулярной диагностики Центрального университета.