Стивен Квейк из Инициативы Чен-Цукерберг (CZI) возглавляет проект создания виртуальных клеток — моделей искусственного интеллекта, способных за минуты генерировать научные результаты, на которые сейчас уходят недели экспериментов. Его цель состоит в том, чтобы произвести революцию в клеточной биологии — сегодня эта наука на 90% экспериментальная и только 10% вычислительная, а Квейк хочет, чтобы было наоборот.
Может ли искусственный интеллект создать виртуальную клетку
Сразу несколько научных организаций и лабораторий ведут разработку виртуальной модели клетки. Над этим сегодня работают Инициатива Чен-Цукерберг (CZI), Google DeepMind, Стэнфордский университет и других ведущие лаборатории мира. Виртуальные клетки — это ИИ-модели, способные за минуты предсказывать результаты экспериментов, на которые раньше уходили недели работы в лаборатории. Но на пути создания виртуальных клеток пока много проблем.
Виртуальная клетка. https://actu.epfl.ch/
Многие ученые сдержанно относятся к идее виртуальной клетки. Клетка — это не просто набор генов или молекул РНК. Это динамическая система с множеством взаимодействующих компонентов: белки, органеллы, мембраны, метаболические пути, сигнальные каскады. Все это работает в пространстве и времени, постоянно меняясь в зависимости от условий среды. Воспроизвести такую динамичную систему очень трудно.
Идея виртуальных клеток привлекла огромное внимание как в академических, так и в фармацевтических лабораториях по всему миру. CZI планирует потратить сотни миллионов долларов на создание виртуальных клеток в течение следующего десятилетия. Google DeepMind также работает над собственным проектом виртуальных клеток, а лаборатория в Швеции готовит к запуску модель Alpha Cell в 2026 году.
Виртуальные модели клеток могут помочь предсказать, как опухолевые клетки (на фото) реагируют на экспериментальные препараты.
Современные подходы кардинально отличаются от ранних попыток создания компьютерных моделей клеток. Вместо построения полных механистических моделей, как это было с бактерией Mycoplasma genitalium в 2012 году, новые виртуальные клетки используют достижения ИИ для обучения на огромных массивах данных. Основой служат данные секвенирования одиночных клеток, позволяющие создавать атласы различных типов клеток.
Не все ученые верят, что виртуальную клетку можно создать
Но не все ученые разделяют энтузиазм. Критики указывают, что современные модели пока не обладают достаточной предсказательной силой и часто терпят неудачу: они хорошо работают на тех данных на которых обучались, но при тестировании на новых данных не справляются с задачами. Многие исследователи считают, что виртуальные клетки должны включать не только данные секвенирования, но и изображения микроскопов, показывающие взаимодействие клеточных компонентов.
Клетки крови: эритроцит, тромбоцит, лейкоцит. Одна из трудностей состоит в том, что клетки очень сильно отличаются.
Проблема осложняется отсутствием четкого определения того, что такое виртуальная клетка. «Я не думаю, что существует четкое определение виртуальной клетки», — говорит Джона Кул из CZI.
Несмотря на скептицизм, исследователи продолжают работу. Институт Arc недавно представил модель State и запустил конкурс с призовым фондом 175 000 долларов, призывая ученых использовать виртуальные клетки для предсказания реакций стволовых клеток на генетические изменения.