Η Fujitsu και η RIKEN αναπτύσσουν τεχνολογία ανακάλυψης φαρμάκων με τεχνητή νοημοσύνη χρησιμοποιώντας γενετική τεχνητή νοημοσύνη για την πρόβλεψη δομικών αλλαγών στις πρωτεΐνες

Η Fujitsu και η RIKEN αναπτύσσουν τεχνολογία ανακάλυψης φαρμάκων με τεχνητή νοημοσύνη χρησιμοποιώντας γενετική τεχνητή νοημοσύνη για την πρόβλεψη δομικών αλλαγών στις πρωτεΐνες

Χρονική σήμανση: 10 Οκτωβρίου 2023 3:29 π.μ.
Κόμβος πηγής: 2929086

ΤΟΚΙΟ, 10 Οκτωβρίου 2023 – (JCN Newswire) – Η Fujitsu Limited και το τμήμα πλατφόρμας ανάπτυξης φαρμάκων που βασίζεται σε HPC και AI του Κέντρου Υπολογιστικής Επιστήμης RIKEN ανακοίνωσαν σήμερα ότι έχουν αναπτύξει μια τεχνολογία ανακάλυψης φαρμάκων με τεχνητή νοημοσύνη που μπορεί να προβλέψει δομικές αλλαγές πρωτεΐνες από εικόνες ηλεκτρονικού μικροσκοπίου ως τρισδιάστατος χάρτης πυκνότητας σε μεγάλο εύρος χρησιμοποιώντας γενετική τεχνητή νοημοσύνη τον Ιανουάριο του 3. Τα δύο μέρη σχεδιάζουν περαιτέρω να παρουσιάσουν μια εργασία για αυτήν την τεχνολογία στο MICCAI 2023, το κορυφαίο διεθνές συνέδριο στον τομέα της επεξεργασίας ιατρικών εικόνων, με θέμα 2023 Οκτωβρίου 10 (ώρα Ιαπωνίας).

Σε συνδυασμό με αυτήν την ανακοίνωση, η Fujitsu σχεδιάζει επίσης να διαθέσει την τεχνολογία πρόβλεψής της για δομικές αλλαγές πρωτεΐνης στις 10 Οκτωβρίου 2023 ως στοιχείο καινοτομίας AI του Fujitsu Kozuchi (κωδική ονομασία) – Fujitsu AI Platform, μια πλατφόρμα AI που επιτρέπει στους χρήστες να δοκιμάσουν γρήγορα προηγμένες τεχνολογίες.

Ως μέρος ενός κοινού ερευνητικού προγράμματος που ξεκίνησε τον Μάιο του 2022, η Fujitsu και η RIKEN ανέπτυξαν μια γενετική τεχνολογία AI που εκτιμά με ακρίβεια τις διάφορες μορφές της διαμόρφωσης μιας πρωτεΐνης στόχου και τις πιθανές αναλογίες τους από μεγάλο αριθμό εικόνων προβολής που λαμβάνονται με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, καθώς και μια τεχνολογία που προβλέπει διαμορφωτικές αλλαγές στην πρωτεΐνη στόχο από τις εκτιμώμενες αναλογίες. Με βάση αυτές τις δύο τεχνολογίες, τα δύο μέρη ανέπτυξαν μια τεχνολογία ανακάλυψης φαρμάκων AI που μπορεί να προβλέψει δομικές αλλαγές μιας πρωτεΐνης σε ένα ευρύ φάσμα, με στόχο την ανάπτυξη τεχνολογίας ανακάλυψης φαρμάκων πληροφορικής επόμενης γενιάς που μειώνει σημαντικά τον χρόνο ανάπτυξης και το κόστος του φαρμάκου ανακάλυψη.

Η τεχνολογία επιτρέπει την ακριβή απόκτηση πρωτεϊνικών διαμορφώσεων και αλλαγών με βάση πειραματικά δεδομένα σε περισσότερο από δέκα φορές λιγότερο χρόνο από τις συμβατικές διαδικασίες (1), επιτρέποντας έτσι την καινοτομία στη διαδικασία σχεδιασμού φαρμάκων που συνδέονται με πρωτεΐνες-στόχους όπως βακτήρια και ιούς.

Προχωρώντας προς τα εμπρός, η Fujitsu και η RIKEN θα χρησιμοποιήσουν τη νέα τεχνολογία γενετικής τεχνητής νοημοσύνης ως μία από τις βασικές τεχνολογίες για την υλοποίηση τεχνολογίας ανακάλυψης φαρμάκων πληροφορικής επόμενης γενιάς που μπορεί να αναλύσει τις πολύπλοκες σχέσεις μεταξύ πρωτεϊνών-στόχων και αντισωμάτων και να προβλέψει παγκόσμιες δομικές αλλαγές μορίων με υψηλή ακρίβεια και ταχύτητα.

Ιστορικό

Οι πρωτεΐνες που εμπλέκονται στενά στους κύκλους ζωής και στους μηχανισμούς ασθενειών των ζωντανών οργανισμών είναι φυσικά πολύ ευέλικτες και αλληλεπιδρούν με άλλα μόρια in vivo αλλάζοντας τη δομή τους. Για παράδειγμα, για να αναπτυχθούν φάρμακα που καταστέλλουν τη μόλυνση από ιούς όπως το COVID-19 που διεγείρουν τη μόλυνση με διαμορφωτικές αλλαγές στις επιφανειακές τους πρωτεΐνες, είναι απαραίτητο να εξακριβωθούν οι διάφορες διαμορφωτικές καταστάσεις των πρωτεϊνών και πώς αλλάζουν μεταξύ τους. Ωστόσο, οι συμβατικές μέθοδοι δομικής ανάλυσης απαιτούν υψηλό επίπεδο τεχνογνωσίας και δοκιμής και λάθους, απαιτώντας σημαντικό χρόνο και δαπάνες για να επιτευχθούν ακριβείς αλλαγές διαμόρφωσης. Για να λύσουν αυτό το πρόβλημα, η Fujitsu και η RIKEN έχουν αναπτύξει τις ακόλουθες δύο νέες τεχνολογίες ανακάλυψης φαρμάκων χρησιμοποιώντας γενετική τεχνητή νοημοσύνη.

Δύο τεχνολογίες ανακάλυψης φαρμάκων

Η Fujitsu και η RIKEN ανέπτυξαν δύο νέες τεχνολογίες ανακάλυψης φαρμάκων χρησιμοποιώντας την τεχνογνωσία που καλλιεργήθηκε μέσω της ανάπτυξης της τεχνολογίας βαθιάς μάθησης της Fujitsu και εφαρμόζοντας τη γνώση της μοριακής προσομοίωσης ανακάλυψης φαρμάκων της RIKEN χρησιμοποιώντας υπερυπολογιστή Fugaku (2). Ο συνδυασμός των δύο τεχνολογιών μείωσε το χρόνο για την πρόβλεψη των διαμορφωτικών αλλαγών σε μια πρωτεΐνη στόχο από μία ημέρα σε δύο ώρες (3), συμβάλλοντας έτσι στην επιτάχυνση και την αποτελεσματικότητα της διαδικασίας ανακάλυψης φαρμάκων για τις φαρμακευτικές εταιρείες. Οι λεπτομέρειες για κάθε τεχνολογία είναι οι εξής:

1. Τεχνολογία γενετικής τεχνητής νοημοσύνης που υπολογίζει με ακρίβεια τις διάφορες μορφές πρωτεϊνικής διαμόρφωσης και τις αναλογίες τους

Η ακριβής πρόβλεψη των διαμορφωτικών αλλαγών μιας πρωτεΐνης στόχου σε ένα ευρύ φάσμα απαιτεί τις πιθανές μορφές της διαμόρφωσης και τις ακριβείς αναλογίες τους. Σε αυτή τη μελέτη, οι Fujitsu και RIKEN ανακατασκεύασαν έναν τρισδιάστατο χάρτη πυκνότητας κάθε διαμόρφωσης από μεγάλο αριθμό εικόνων προβολής και τις αντίστοιχες γωνίες σε μια δεδομένη στιγμή. Ταυτόχρονα, τα δύο μέρη υπολόγισαν την αναλογία με βάση τη συχνότητα της ανακατασκευασμένης διαμόρφωσης ως ένδειξη.

2. Τεχνολογία πρόβλεψης διαμορφωτικής αλλαγής με βάση το χαμηλών διαστάσεων χαρακτηριστικό της πρωτεϊνικής διαμόρφωσης

Δεδομένου ότι η διαμόρφωση της πρωτεΐνης στόχου εκφράζεται συνήθως με δεδομένα υψηλών διαστάσεων, είναι δύσκολο να προβλεφθούν άμεσα οι διαμορφωτικές αλλαγές. Ωστόσο, κατά τη διαδικασία ανακατασκευής της διαμόρφωσης με τη γενετική τεχνολογία AI της προηγούμενης παραγράφου, η Fujitsu και η RIKEN εξήγαγαν ένα χαμηλών διαστάσεων χαρακτηριστικό της διαμόρφωσης. Χρησιμοποιώντας τεχνολογία γενετικής τεχνητής νοημοσύνης, οι Fujitsu και RIKEN ανέλυσαν τα δεδομένα χαμηλής διάστασης και προέβλεψαν τις διαμορφωτικές αλλαγές αποκαθιστώντας τρισδιάστατους χάρτες πυκνότητας.


Εικόνα: Περίγραμμα της νέας τεχνολογίας Ο κωδικοποιητής και ο αποκωδικοποιητής εκπαιδεύονται σε εικόνες που έχουν ληφθεί σε αρκετά μεγάλες ποσότητες με μικροσκόπιο. Μετά την εκπαίδευση, είναι δυνατό να ληφθεί μια αναλύσιμη κατανομή χαμηλής διάστασης 1) στον λανθάνοντα χώρο που είναι ισοδύναμη με τη δομική κατανομή 2), η οποία είναι δύσκολο να αναλυθεί. Ταυτόχρονα, ο αποκωδικοποιητής μπορεί να ανακτήσει διάφορους τρισδιάστατους χάρτες πυκνότητας που αντιστοιχούν σε χαρακτηριστικά χαμηλών διαστάσεων. Μελλοντικά σχέδια

Προχωρώντας προς τα εμπρός, η Fujitsu και η RIKEN θα αξιοποιήσουν τη νέα τεχνολογία ανακάλυψης φαρμάκων AI ως μία από τις βασικές τεχνολογίες για την ανάλυση συμπλεγμάτων μεταξύ πρωτεϊνών-στόχων και αντισωμάτων και για την πρόβλεψη δομικών αλλαγών στα μόρια με υψηλή ακρίβεια και ταχύτητα. Για να συμβάλει στην υλοποίηση του Society5.0 στον τομέα της ιατρικής, η RIKEN προωθεί την κατασκευή μιας πλατφόρμας DX ανακάλυψης φαρμάκων στον υπερυπολογιστή Fugaku, με στόχο να καινοτομήσει τη διαδικασία ανακάλυψης φαρμάκων χρησιμοποιώντας την ως μία από τις νέες τεχνολογίες για την εκτίμηση των διαφόρων δομικές καταστάσεις των πρωτεϊνών-στόχων. Το RIKEN προωθεί περαιτέρω διάφορες πρωτοβουλίες, συμπεριλαμβανομένου του TRIP (4) με στόχο τη δημιουργία καινοτόμων ερευνητικών πλατφορμών που δημιουργούν αποτελεσματικά νέα πεδία γνώσης σε όλα τα ερευνητικά πεδία. Η Fujitsu σχεδιάζει επίσης να ξεκινήσει την προσφορά της τεχνολογίας πρόβλεψής της για δομικές αλλαγές πρωτεϊνών στις 10 Οκτωβρίου 2023 ως βασική ενότητα καινοτομίας AI της Fujitsu Kozuchi (κωδική ονομασία) – Fujitsu AI Platform. Κάτω από Fujitsu Uvance, που στοχεύει στην υλοποίηση ενός βιώσιμου κόσμου, προωθεί η Fujitsu Υγιεινή Ζωή, που μεγιστοποιεί την εμπειρία ζωής του καθενός. Η Fujitsu θα συνεχίσει να συνεισφέρει στην επίλυση κοινωνικών προβλημάτων στον ιατρικό τομέα αναπτύσσοντας τεχνολογίες που συνδυάζουν τα δυνατά της σημεία σε τεχνητή νοημοσύνη και HPC.

(1) Συμβατική διαδικασία:Αυτό αναφέρεται στη διαδικασία για την κατασκευή μιας ακολουθίας διαμορφωτικής αλλαγής μιας πρωτεΐνης στόχου όπως περιγράφεται στο άρθρο [Οι Kinman et al. (2023)]. Σε αυτή τη διαδικασία, η αλληλουχία κατασκευάζεται χρησιμοποιώντας το υπάρχον γενετικό AI, cryoDRGN, το οποίο έχει εκπαιδευτεί από μεγάλο αριθμό εικόνων προβολής της πρωτεΐνης στόχου.
(2) Υπερυπολογιστής Fugaku:Ένας υπολογιστής εγκατεστημένος στο RIKEN ως διάδοχος του υπολογιστή K. Από τον Ιούνιο του 2020 έως τον Νοέμβριο του 2021 κατέλαβε την πρώτη θέση σε 4 κατηγορίες στην κατάταξη των υπερυπολογιστών για 4 συνεχόμενες θητείες. Η πλήρης λειτουργία ξεκίνησε στις 9 Μαρτίου 2021.
(3) Μειώστε το χρόνο με την πρόβλεψη μιας διαμορφωτικής αλλαγής σε μια πρωτεΐνη στόχο από μία ημέρα σε δύο ώρες:Το αποτέλεσμα της εφαρμογής που χρησιμοποιείται συνήθως δεδομένα ριβοσώματος σε αυτές τις δύο τεχνολογίες. Ο χρόνος αναφοράς, μία ημέρα, αναφέρεται στον χρόνο εκτέλεσης που περιγράφεται στο έγγραφο [Οι Kinman et al. (2023)].
(4) ΤΑΞΙΔΙ:Transformative Research Innovation Platform των πλατφορμών RIKEN

Σχετικά με το Fujitsu

Σκοπός της Fujitsu είναι να κάνει τον κόσμο πιο βιώσιμο χτίζοντας εμπιστοσύνη στην κοινωνία μέσω της καινοτομίας. Ως ο επιλεγμένος συνεργάτης ψηφιακού μετασχηματισμού για πελάτες σε περισσότερες από 100 χώρες, οι 124,000 υπάλληλοί μας εργάζονται για να επιλύσουν μερικές από τις μεγαλύτερες προκλήσεις που αντιμετωπίζει η ανθρωπότητα. Η γκάμα των υπηρεσιών και των λύσεών μας βασίζεται σε πέντε βασικές τεχνολογίες: Υπολογιστές, Δίκτυα, AI, Δεδομένα και Ασφάλεια και Συγκλίνουσες Τεχνολογίες, τις οποίες συγκεντρώνουμε για να προσφέρουμε μετασχηματισμό βιωσιμότητας. Η Fujitsu Limited (TSE:6702) ανέφερε ενοποιημένα έσοδα 3.7 τρισεκατομμυρίων γιεν (28 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ) για το οικονομικό έτος που έληξε στις 31 Μαρτίου 2023 και παραμένει η κορυφαία εταιρεία ψηφιακών υπηρεσιών στην Ιαπωνία σε μερίδιο αγοράς. Μάθετε περισσότερα: www.fujitsu.com.

Σχετικά με το RIKEN Center for Computational Science

Το RIKEN είναι το μεγαλύτερο ολοκληρωμένο ερευνητικό ίδρυμα της Ιαπωνίας που φημίζεται για την έρευνα υψηλής ποιότητας σε ένα ευρύ φάσμα επιστημονικών κλάδων. Ιδρύθηκε το 1917 ως ιδιωτικό ερευνητικό ίδρυμα στο Τόκιο, το RIKEN έχει αναπτυχθεί γρήγορα σε μέγεθος και εύρος, σήμερα περικλείει ένα δίκτυο ερευνητικών κέντρων και ινστιτούτων παγκόσμιας κλάσης σε όλη την Ιαπωνία, συμπεριλαμβανομένου του RIKEN Center for Computational Science (R-CCS), το σπίτι του ο υπερυπολογιστής Fugaku. Ως το ηγετικό κέντρο των υπολογιστών υψηλής απόδοσης, το R-CCS διερευνά την «Επιστήμη των υπολογιστών, μέσω υπολογιστών και υπολογιστών». Τα αποτελέσματα της εξερεύνησης – οι τεχνολογίες όπως το λογισμικό ανοιχτού κώδικα – αποτελούν βασική αρμοδιότητά του. Το R-CCS προσπαθεί να ενισχύσει τη βασική ικανότητα και να προωθήσει τις τεχνολογίες σε όλο τον κόσμο.

Πατήστε Επαφές

Fujitsu LimitedΤμήμα Δημοσίων Σχέσεων και Επενδυτών Ερωτήσεις

ΡΙΚΕΝΓραφείο Προαγωγής Υπολογιστικής Επιστήμης E-mail: r-ccs-koho@ml.riken.jp

Σφραγίδα ώρας:

Περισσότερα από JCN Newswire