Биологи активно внедряют искусственный интеллект в сферу клеточной биологии, ставя целью разработку виртуальных человеческих клеток как альтернативу традиционным сложным компьютерным моделям. Такой подход позволяет сократить объемы лабораторных экспериментов, заменив их на компьютерные расчеты и моделирование.
Об этом сообщает ProIT
Новый подход к исследованию клеток
Стивен Куэйк, один из руководителей научно-исследовательского проекта Chan Zuckerberg Initiative, который базируется в калифорнийском Редвуд-Сити, очерчивает амбициозную цель: переход клеточной биологии от 90% экспериментов к 90% вычислений. Современные алгоритмы искусственного интеллекта способны быстро анализировать большие объемы данных и моделировать динамику клеток в ответ на различные воздействия, например, прогнозировать реакцию раковых клеток на новые медикаменты.
«Это будет очень мощный инструмент для понимания того, что идет не так во время лечения болезней. Он позволит ученым экспериментировать с виртуальными клетками для подтверждения прогнозов», — объясняет Стивен Куэйк.
Идея создания виртуальных клеток привлекла значительное внимание исследовательского сообщества. Chan Zuckerberg Initiative планирует инвестировать сотни миллионов долларов в развитие этой технологии в течение следующего десятилетия. Подобные программы уже запущены в ведущих мировых лабораториях: Google DeepMind под руководством Демиса Хасабиса также разрабатывает собственный проект виртуальных клеток. В Швеции ученые Science for Life Laboratory работают над моделью Alpha Cell, которую планируют представить в 2026 году.
Проблемы и перспективы моделирования клеток
Несмотря на оптимизм разработчиков, отдельные ученые отмечают, что нынешний ажиотаж вокруг виртуальных клеток опережает конкретные достижения. Еще с 2012 года биологи используют компьютерное моделирование для изучения клеточных процессов — тогда удалось впервые смоделировать целую клетку бактерии Mycoplasma genitalium, которая содержит лишь 525 генов. В то же время современные подходы с применением искусственного интеллекта позволяют интегрировать значительно более сложные данные.
Ранние модели основывались на анализе единого типа данных — например, секвенирования РНК в клетках, что позволяло создавать каталоги активности генов и фиксировать текущее состояние клетки. Сейчас эти каталоги используют для создания атласов различных типов клеток человеческого организма, а Chan Zuckerberg Initiative уже объявила о планах обнародовать данные о одном миллиарде клеток. Недавно институт Arc Institute представил модель виртуальной клетки под названием State.
Однако часть ученых считает, что современные модели еще не достаточно мощные для точных прогнозов, особенно за пределами обучающих данных. Исследователи подчеркивают необходимость включения дополнительных типов информации — например, микроскопических изображений — для более полного понимания взаимодействия клеточных компонентов и динамики их изменений.
В настоящее время не существует единого определения термина «виртуальная клетка», поскольку концепция охватывает различные подходы в зависимости от целей исследования. Однако ожидается, что с развитием искусственного интеллекта эффективные модели, способные моделировать клетки, появятся уже в ближайшие годы.