В ИТМО открылась лаборатория «Генеративный дизайн ферментов и аптамеров». В ней ученые разрабатывают инструменты для создания молекулярных машин — наноустройств, которые способны ускорять химические реакции, избирательно связывать молекулы и даже выступать в роли биопроцессоров. В основе инструментов — методы искусственного интеллекта (ИИ). Результаты исследований помогут в разработке лекарств для персонализированной медицины и POC-систем — мобильных устройств для лабораторной диагностики заболеваний.
Молекулярные машины — это биологические структуры, которые быстро и с высокой точностью выполняют важные задачи внутри клеток: позволяют им отвечать на сигналы внешней среды и общаться друг с другом. Также они помогают синтезировать молекулы ДНК, вырабатывать энергию и сокращаться мышцам. Молекулярные машины изобретены природой, однако ученые тоже стремятся искусственно создавать подобные устройства, которые дают возможность, например, проводить тонкие манипуляции с молекулами (включая РНК, ДНК и белки), регулировать метаболизм клеток (биохимические реакции, обеспечивающие жизнедеятельность клетки) и редактировать геном.
Одно из направлений лаборатории — «Фермент под ключ». Ученые будут перестраивать при помощи генеративных нейронных сетей и эволюционных алгоритмов существующие природные молекулярные машины под конкретные задачи медицины и биотехнологий. Например, в случае генеративного дизайна каталитических (коротких цепочек ДНК, ускоряющих реакции) и сенсорных ДНК (коротких цепочек ДНК, детектирующих конкретные молекулы в растворе) это позволит направленно регулировать метаболизм клеток и селективно обнаруживать маркеры заболеваний в сложных биологических жидкостях. Такие инструменты чрезвычайно важны в разработке систем для диагностики болезней на месте оказания медицинской помощи.
В будущем команда лаборатории планирует выяснить, какие возможности предоставляют гибридные молекулярные машины из разных типов биополимеров: белков, нуклеиновых кислот, липидов. Конечным продуктом, который объединит все разработанные инструменты, станет цифровая платформа с интуитивно понятным интерфейсом. Часть алгоритмов будет доступна людям без специальных знаний — они смогут сделать свой вклад в науку, решая сложные задачи в доступном формате.
Открытие лаборатории поддержал Фонд поддержки инноваций и молодежных инициатив Санкт-Петербурга.
источник—>https://news.itmo.ru/ru/science/life_science/news/13591/