-
371Десятилетиями практическая белковая инженерия полагалась на направленную эволюцию — мощный, но слепой метод перебора тысяч случайных мутаций в пробирке. Сегодня правила игры меняются: эволюция переносится в компьютер. В этой статье (входящей в цикл «ИИ в биологии») мы проследим путь от хаоса к контролю над белковой эволюцией: начнем с тонкой настройки одиночными мутациями, а после научимся различать белки по нужным свойствам. Прогуляемся по белковой вселенной, вылавливая новые белки. Под конец станем переписывать белки по пространственному чертежу, как настоящие инженеры. Увидим, откуда берутся ферменты для промышленности и антитела для клиники, и разберемся, чем отличаются дизайн белков de novo (тот самый, за который дали Нобелевскую премию) и более приземленный, но зато уже прочно вошедший в практику редизайн. Разбирается в этой сложной области автор «Биомолекулы» Андрей Кузнецов с помощью Елены Кудряшовой — руководителя Лаборатории таргетной терапии и предиктивной диагностики Центрального университета.
-
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.
-
Сегодня молекулярную динамику можно запускать на обычной рабочей станции — и это кажется само собой разумеющимся. Но еще сорок лет назад смоделировать один белок (даже пептид!) было выдающимся техническим достижением, доступным считанным лабораториям с доступом к машинам размером с комнату. В продолжении спецпроекта о Молекулярной динамике рассказываем, как она (МД) прошла этот путь: от специализированных силовых полей и параллельных суперкомпьютеров до графических процессоров, сделавших микросекундные расчеты рутиной. А искусственный интеллект — это конец этой истории или начало новой?
-
289Статья на конкурс «Био/Мол/Текст»: Нейросети уже давно вышли за рамки обычного языка: сегодня они уверенно справляются с биологическими последовательностями. GENA Language Models — семейство языковых моделей, созданное исследователями Института искусственного интеллекта AIRI для анализа геномных данных и обнаружения в них скрытых закономерностей. Модель учитывает до 36 тысяч нуклеотидов, при этом умея выявлять сложные взаимосвязи, что позволяет предсказывать влияние генетических вариантов, обнаруживать регуляторные элементы и перспективе способствовать развитию медицины. Далее, я расскажу, как нейросети, использующие принципы обработки последовательностей, схожих с теми, что используются в моделях человеческого языка, могут как бы «читать» и интерпретировать ДНК, и почему такой подход меняет способы работы биологов с геномными данными.
-
1238Метод молекулярной динамики (МД) прочно вошел в арсенал физиков, химиков и, конечно, биологов, поскольку дает возможность узнать подробности движения сложных молекулярных систем. В нашей стране он стал использоваться с 1970-х годов. Наверняка вы хоть раз видели красочные анимации с «ожившими» белками или ДНК, которые колеблются и двигаются в пространстве. Трудно представить, каким образом в советских НИИ на громоздких ЭВМ создавалось то, что сейчас делается на суперкомпьютерах. В этой статье, возрождающей Спецпроект по молекулярной динамике, мы расскажем о пионерах метода МД в СССР, которые воссоздали то, что происходит в природе, в оперативной памяти компьютера. Вы узнаете, как советские ученые провели первое в мире моделирование полимера и через какие этапы они прошли, чтобы заложить основы современной структурной биоинформатики.
-
171Статья на конкурс «Био/Мол/Текст»: Птицы завораживают не только ярким оперением и мелодичными трелями, они — настоящие загадки эволюции, способные решать задачи, которые раньше считались привилегией только приматов. Представьте ворону, мастерящую крючок из проволоки, чтобы достать пищу; или попугая, который считает предметы и различает их по цвету и форме. Выдающиеся когнитивные способности пернатых делают птиц уникальной моделью для изучения эволюции мозга и когнитивных процессов. Их секрет кроется в компактной, но мощной структуре мозга, которая формировалась сотни миллионов лет. В статье пойдет речь о том, как птицы, пройдя сложный эволюционный путь, вдохновили исследователей на открытия в области искусственного интеллекта.
-
705Статья на конкурс «Био/Мол/Текст»: Большое депрессивное расстройство (БДР) — крупнейший фактор потери, одно из самых распространенных и вызывающих опасения психических заболеваний, которое может не поддаваться лечению, становясь терапевтически резистентной депрессией (ТРД). В настоящей статье нами была рассмотрена возможность применения неинвазивной нейромодуляции для лечения ТРД, а также роль искусственного интеллекта в нем.
-
278Статья на конкурс «Био/Мол/Текст»: Искусственный интеллект (ИИ) все больше входит в самые разные сферы нашей жизни, включая такую сложную и ответственную, как медицина. И пока биоэтики ведут горячие споры о допустимости использования нечеловеческого интеллекта для спасения человеческих жизней, программисты придумали новое применение ИИ в диагностике — виртуальная гистология. Это новая технология, когда ИИ имитирует результат различных гистологических окрашиваний. Нейросеть анализирует фотографию среза ткани, причем образец может быть как неокрашенным, так и уже обработанным каким-либо красителем. Затем нейросеть генерирует картинку, в точности имитирующую результат нужного химического окрашивания. Таким образом, одно стеклышко превращается в бесконечный источник данных, позволяя врачам видеть невидимые структуры без лишних манипуляций.
-
249Статья на конкурс «Био/Мол/Текст»: Современные белковые языковые модели позволяют по-новому взглянуть на эволюцию белков, рассматривая ее как направленное движение в латентном пространстве последовательностей. В статье разбирается подход evo-velocity, который использует вероятностные оценки языковых моделей для реконструкции направлений и относительной динамики эволюционных изменений без построения филогенетических деревьев. Показано, как метод воспроизводит известные эволюционные траектории вирусов и белковых семейств, какие предпосылки лежат в его основе и какие ограничения следует учитывать при интерпретации результатов. Подход evo-velocity иллюстрирует, что статистика белковых последовательностей содержит информацию не только о структуре и функции, но и о динамике эволюции.
-
183Статья на конкурс «Био/Мол/Текст»: «Рак без начала» — звучит как название научно-фантастической книги, но на самом деле это суровая реальность для многих пациентов. Когда в организме развиваются метастазы, а традиционные методы диагностики не позволяют определить первоисточник, диагноз звучит как приговор — рак неизвестной первичной локализации, или CUP-синдром. Это состояние представляет собой сложную диагностическую задачу, характеризующуюся метастатическими опухолями неустановленного происхождения и неблагоприятным прогнозом. Тем не менее, последние достижения в области искусственного интеллекта открывают новые возможности для диагностики, вселяя надежду на улучшение результатов терапии.
