Біологи активно впроваджують штучний інтелект у сферу клітинної біології, ставлячи за мету розробку віртуальних людських клітин як альтернативу традиційним складним комп’ютерним моделям. Такий підхід дозволяє скоротити обсяги лабораторних експериментів, замінивши їх на комп’ютерні розрахунки й моделювання.
Про це розповідає ProIT
Новий підхід до дослідження клітин
Стівен Куейк, один із керівників науково-дослідного проєкту Chan Zuckerberg Initiative, що базується у каліфорнійському Редвуд-Сіті, окреслює амбітну мету: перехід клітинної біології від 90% експериментів до 90% обчислень. Сучасні алгоритми штучного інтелекту здатні швидко аналізувати великі обсяги даних та моделювати динаміку клітин у відповідь на різні впливи, наприклад, прогнозувати реакцію ракових клітин на нові медикаменти.
«Це буде дуже потужний інструмент для розуміння того, що йде не так під час лікування хвороб. Він дозволить науковцям експериментувати із віртуальними клітинами для підтвердження прогнозів», — пояснює Стівен Куейк.
Ідея створення віртуальних клітин привернула значну увагу дослідницької спільноти. Chan Zuckerberg Initiative планує інвестувати сотні мільйонів доларів у розвиток цієї технології протягом наступного десятиліття. Подібні програми вже започатковані у провідних світових лабораторіях: Google DeepMind під керівництвом Деміса Хасабіса також розробляє власний проєкт віртуальних клітин. У Швеції науковці Science for Life Laboratory працюють над моделлю Alpha Cell, яку планують презентувати у 2026 році.
Проблеми та перспективи моделювання клітин
Попри оптимізм розробників, окремі вчені зазначають, що нинішній ажіотаж навколо віртуальних клітин випереджає конкретні досягнення. Ще з 2012 року біологи використовують комп’ютерне моделювання для вивчення клітинних процесів — тоді вдалося вперше змоделювати цілу клітину бактерії Mycoplasma genitalium, яка містить лише 525 генів. Водночас сучасні підходи із застосуванням штучного інтелекту дозволяють інтегрувати значно складніші дані.
Ранні моделі ґрунтувалися на аналізі єдиного типу даних — наприклад, секвенування РНК у клітинах, що дозволяло створювати каталоги активності генів та фіксувати поточний стан клітини. Зараз ці каталоги використовують для створення атласів різноманітних типів клітин людського організму, а Chan Zuckerberg Initiative вже оголосила про плани оприлюднити дані щодо одного мільярда клітин. Нещодавно інститут Arc Institute представив модель віртуальної клітини під назвою State.
Проте частина науковців вважає, що сучасні моделі ще не достатньо потужні для точних прогнозів, особливо за межами навчальних даних. Дослідники наголошують на необхідності включення додаткових типів інформації — наприклад, мікроскопічних зображень — для повнішого розуміння взаємодії клітинних компонентів і динаміки їх змін.
Наразі не існує єдиного визначення терміну «віртуальна клітина», оскільки концепція охоплює різні підходи залежно від цілей дослідження. Проте очікується, що з розвитком штучного інтелекту ефективні моделі, здатні моделювати клітини, з’являться вже у найближчі роки.
