В каждой клетке растений, животных и человека содержатся миллиарды молекулярных механизмов. Эти механизмы состоят из белков, ДНК и других молекул, но ни один элемент не функционирует изолированно. Только наблюдая за тем, как они взаимодействуют друг с другом в миллионах различных комбинаций, можно по-настоящему постичь процессы жизнедеятельности.
В статье, опубликованной в журнале Nature, представлена AlphaFold 3 — инновационная модель, способная с беспрецедентной точностью прогнозировать структуру и взаимодействия всех молекул жизни. Для взаимодействий белков с другими типами молекул наблюдается как минимум 50-процентное улучшение по сравнению с существующими методами прогнозирования, а для некоторых ключевых категорий взаимодействий точность предсказаний удвоилась.
AlphaFold 3 призвана радикально изменить понимание биологического мира и ускорить разработку лекарств. Большинство ее возможностей доступны ученым бесплатно через недавно запущенный AlphaFold Server — удобный инструмент для исследований. Для реализации потенциала модели в области дизайна препаратов Isomorphic Labs сотрудничает с фармацевтическими компаниями, применяя ее к реальным задачам создания лекарств и, в конечном итоге, новых терапий, способных изменить жизнь пациентов.
Новая модель опирается на достижения AlphaFold 2, которая в 2020 году совершила прорыв в предсказании структуры белков. На сегодняшний день миллионы исследователей по всему миру использовали AlphaFold 2 для открытий в сферах, таких как вакцины от малярии, лечение рака и конструирование ферментов. AlphaFold упоминается более чем в 20 000 научных работах, а ее вклад в науку отмечен множеством наград, включая недавнюю Breakthrough Prize in Life Sciences. AlphaFold 3 расширяет горизонты за пределы белков, охватывая широкий спектр биомолекул. Этот шаг может открыть путь к трансформационным научным прорывам, от создания биообновляемых материалов и более устойчивых культур до ускорения дизайна лекарств и исследований в геномике.
Как AlphaFold 3 раскрывает молекулы жизни
На основе списка входных молекул AlphaFold 3 формирует их совместную трехмерную структуру, показывая, как они соединяются друг с другом. Модель обрабатывает крупные биомолекулы, такие как белки, ДНК и РНК, а также малые молекулы, известные как лиганды — категория, включающая множество лекарственных препаратов. Кроме того, AlphaFold 3 способна моделировать химические модификации этих молекул, которые регулируют нормальное функционирование клеток; их нарушение может провоцировать заболевания.
Возможности AlphaFold 3 обусловлены ее передовой архитектурой и обучением, охватывающим все молекулы жизни. В основе модели лежит усовершенствованная версия модуля Evoformer — архитектуры глубокого обучения, обеспечивавшей выдающиеся результаты AlphaFold 2. После обработки входных данных AlphaFold 3 собирает предсказания с помощью диффузионной сети, подобной тем, что применяются в генераторах изображений на базе ИИ. Процесс диффузии начинается с облака атомов и в ходе множества шагов сходится к окончательной, наиболее точной структуре молекулы.
Предсказания AlphaFold 3 по взаимодействиям молекул превосходят по точности все существующие системы. Как единая модель, вычисляющая целые молекулярные комплексы целостным образом, она уникальным способом объединяет научные знания.
Лидерство в разработке лекарств в Isomorphic Labs
AlphaFold 3 открывает новые горизонты для дизайна лекарств благодаря предсказаниям для молекул, часто используемых в препаратах, таких как лиганды и антитела, которые связываются с белками и изменяют их взаимодействия в контексте здоровья и болезней человека.
AlphaFold 3 демонстрирует беспрецедентную точность в прогнозировании взаимодействий, характерных для лекарств, включая связывание белков с лигандами и антител с целевыми белками. Модель на 50% точнее лучших традиционных методов на бенчмарке PoseBusters без необходимости ввода структурной информации, что делает AlphaFold 3 первой системой ИИ, превосходящей инструменты на основе физики в предсказании биомолекулярных структур. Способность прогнозировать связывание антител с белками жизненно важна для понимания аспектов иммунного ответа человека и конструирования новых антител — растущего класса терапевтических средств.
В сочетании с дополнительным набором внутренних моделей ИИ Isomorphic Labs применяет AlphaFold 3 для разработки лекарств в собственных проектах и в партнерстве с фармацевтическими компаниями. Isomorphic Labs использует AlphaFold 3 для ускорения и повышения эффективности дизайна лекарств — помогая разобраться в подходах к новым мишеням заболеваний и разрабатывая инновационные методы для ранее недостижимых целей.
AlphaFold Server: бесплатный и удобный инструмент для исследований
Недавно запущенный Google DeepMind AlphaFold Server представляет собой наиболее точный инструмент в мире для предсказания взаимодействий белков с другими молекулами в клетке. Это бесплатная платформа, доступная ученым по всему миру для некоммерческих исследований. С помощью нескольких кликов биологи могут задействовать мощь AlphaFold 3 для моделирования структур, состоящих из белков, ДНК, РНК, а также выбранных лигандов, ионов и химических модификаций.
AlphaFold Server помогает ученым формулировать новые гипотезы для лабораторных тестов, ускоряя рабочие процессы и стимулируя инновации. Платформа предоставляет исследователям доступный способ генерировать предсказания независимо от наличия вычислительных ресурсов или опыта в машинном обучении.
Экспериментальное предсказание структуры белков может занимать время, эквивалентное периоду получения докторской степени, и стоить сотни тысяч долларов. Предыдущая модель, AlphaFold 2, позволила предсказать сотни миллионов структур, на что при текущих темпах экспериментальной структурной биологии ушло бы сотни миллионов человеко-лет.
«С AlphaFold Server дело уже не только в предсказании структур, но и в щедром предоставлении доступа: это позволяет исследователям задавать смелые вопросы и ускорять открытия.» — Céline Bouchoux, The Francis Crick Institute
Ответственное распространение возможностей AlphaFold 3
С каждым выпуском AlphaFold команда стремится осмыслить широкий эффект технологии, сотрудничая с научным и экспертным сообществом по безопасности. Подход основан на науке, и проведены обширные оценки для минимизации рисков и максимизации пользы для биологии и человечества.
Расширяя консультации для AlphaFold 2, команда привлекла более 50 экспертов в областях биобезопасности, исследований и промышленности, а также специализированные внешние организации, чтобы оценить возможности последовательных моделей AlphaFold и потенциальные угрозы. Также состоялось участие в общесообщественных форумах и дискуссиях перед запуском AlphaFold 3.
AlphaFold Server отражает приверженность к распространению преимуществ AlphaFold, включая бесплатную базу данных с 200 миллионами структур белков. Кроме того, расширяется бесплатный онлайн-курс по AlphaFold в партнерстве с EMBL-EBI, а также сотрудничество с организациями в странах Глобального Юга для оснащения ученых инструментами, ускоряющими внедрение и исследования, в том числе по недооцененным темам, таким как забытые заболевания и продовольственная безопасность. Работа с научным сообществом и политиками продолжится для ответственного развития и применения технологий ИИ.
Открытие будущего клеточной биологии с помощью ИИ
AlphaFold 3 переводит биологический мир в высокое разрешение. Она позволяет ученым видеть клеточные системы во всей их сложности, включая структуры, взаимодействия и модификации. Это новое окно в мир молекул жизни показывает, как они связаны между собой, и помогает понять, как эти связи влияют на биологические функции — от действия лекарств и синтеза гормонов до процесса ремонта ДНК, сохраняющего здоровье.
Эффекты AlphaFold 3 и бесплатного AlphaFold Server проявятся через то, как они помогут ученым ускорять открытия по открытым вопросам биологии и новым направлениям исследований. Потенциал AlphaFold 3 только начинает раскрываться, и впереди ожидается множество захватывающих перспектив.