Fujitsu dan RIKEN mengembangkan teknologi penemuan obat AI yang memanfaatkan AI generatif untuk memprediksi perubahan struktural pada protein

Fujitsu dan RIKEN mengembangkan teknologi penemuan obat AI yang memanfaatkan AI generatif untuk memprediksi perubahan struktural pada protein

Stempel Waktu: 10 Oktober 2023 3:29
Node Sumber: 2929086

TOKYO, 10 Okt 2023 – (JCN Newswire) – Fujitsu Limited dan Divisi Platform Pengembangan Obat yang digerakkan oleh HPC dan AI dari Pusat Ilmu Komputasi RIKEN hari ini mengumumkan bahwa mereka telah mengembangkan teknologi penemuan obat AI yang dapat memprediksi perubahan struktural. protein dari gambar mikroskop elektron sebagai peta kepadatan 3D dalam jangkauan luas dengan memanfaatkan AI generatif pada bulan Januari 2023. Kedua pihak selanjutnya berencana untuk mempresentasikan makalah tentang teknologi ini di MICCAI 2023, konferensi internasional terkemuka di bidang pemrosesan gambar medis, pada 10 Oktober 2023 (waktu Jepang).

Bersamaan dengan pengumuman ini, Fujitsu juga berencana untuk menyediakan teknologi prediksi perubahan struktur protein pada 10 Oktober 2023 sebagai komponen inovasi AI dalam proyek tersebut. Fujitsu Kozuchi (nama kode) – Platform AI Fujitsu, platform AI yang memungkinkan pengguna menguji teknologi canggih dengan cepat.

Sebagai bagian dari proyek penelitian bersama yang diluncurkan pada Mei 2022, Fujitsu dan RIKEN mengembangkan teknologi AI generatif yang secara akurat memperkirakan berbagai bentuk konformasi protein target dan kemungkinan proporsinya dari sejumlah besar gambar proyeksi yang diambil dengan mikroskop elektron, serta sebuah teknologi yang memprediksi perubahan konformasi pada protein target dari proporsi yang diperkirakan. Berdasarkan kedua teknologi tersebut, kedua pihak mengembangkan teknologi penemuan obat AI yang dapat memprediksi perubahan struktural suatu protein dalam rentang yang luas, dengan tujuan mengembangkan teknologi penemuan obat IT generasi berikutnya yang secara signifikan mengurangi waktu dan biaya pengembangan obat. penemuan.

Teknologi ini memungkinkan perolehan konformasi dan perubahan protein secara akurat berdasarkan data eksperimen dalam waktu sepuluh kali lebih cepat dibandingkan prosedur konvensional (1), sehingga memungkinkan inovasi dalam proses desain obat yang berikatan dengan protein target seperti bakteri dan virus.

Ke depan, Fujitsu dan RIKEN akan menggunakan teknologi AI generatif yang baru dikembangkan sebagai salah satu teknologi inti untuk mewujudkan teknologi penemuan obat TI generasi berikutnya yang dapat menganalisis hubungan kompleks antara protein target dan antibodi, serta memprediksi perubahan struktural global pada molekul dengan tingkat antibodi yang tinggi. akurasi dan kecepatan.

Latar Belakang

Protein yang terlibat erat dalam siklus hidup dan mekanisme penyakit organisme hidup secara alami sangat fleksibel dan berinteraksi dengan molekul lain secara in vivo dengan mengubah konformasi strukturnya. Misalnya, untuk mengembangkan obat yang menekan infeksi oleh virus seperti COVID-19 yang merangsang infeksinya dengan perubahan konformasi pada protein permukaannya, penting untuk memastikan berbagai keadaan konformasi protein dan bagaimana perubahannya di antara konformasi. Namun, metode analisis struktur konvensional memerlukan keahlian tingkat tinggi serta trial and error, menuntut waktu dan pengeluaran yang besar untuk mendapatkan perubahan konformasi yang akurat. Untuk mengatasi masalah ini, Fujitsu dan RIKEN telah mengembangkan dua teknologi penemuan obat baru menggunakan AI generatif.

Dua teknologi penemuan obat

Fujitsu dan RIKEN mengembangkan dua teknologi penemuan obat baru dengan memanfaatkan pengetahuan yang dikembangkan melalui pengembangan teknologi pembelajaran mendalam Fujitsu dan menerapkan pengetahuan simulasi molekuler penemuan obat RIKEN menggunakan superkomputer Fugaku (2). Kombinasi kedua teknologi ini mengurangi waktu prediksi perubahan konformasi pada protein target dari satu hari menjadi dua jam (3), sehingga berkontribusi terhadap percepatan dan efisiensi proses penemuan obat bagi perusahaan farmasi. Detail masing-masing teknologi adalah sebagai berikut:

1. Teknologi AI generatif yang secara akurat memperkirakan berbagai bentuk konformasi protein dan proporsinya

Prediksi yang akurat terhadap perubahan konformasi suatu protein target dalam rentang yang luas memerlukan kemungkinan bentuk konformasi dan proporsinya yang akurat. Dalam studi ini, Fujitsu dan RIKEN merekonstruksi peta kepadatan 3D dari setiap konformasi dari sejumlah besar gambar proyeksi dan sudut yang sesuai pada saat tertentu. Pada saat yang sama, kedua pihak memperkirakan proporsi berdasarkan frekuensi konformasi yang direkonstruksi sebagai petunjuk.

2. Teknologi untuk memprediksi perubahan konformasi berdasarkan fitur konformasi protein berdimensi rendah

Karena konformasi protein target biasanya dinyatakan dengan data berdimensi tinggi, sulit untuk memprediksi perubahan konformasi secara langsung. Namun, dalam proses merekonstruksi konformasi menggunakan teknologi AI generatif pada paragraf sebelumnya, Fujitsu dan RIKEN mengekstraksi fitur konformasi berdimensi rendah. Dengan menggunakan teknologi AI generatif, Fujitsu dan RIKEN menganalisis data berdimensi rendah dan memperkirakan perubahan konformasi dengan memulihkan peta kepadatan 3D.


Gambar: Garis besar teknologi yang baru dikembangkan Encoder dan decoder dilatih pada gambar yang telah diambil dalam jumlah cukup besar dengan mikroskop. Setelah pelatihan, dimungkinkan untuk memperoleh distribusi dimensi rendah 1) yang dapat dianalisis dalam ruang laten yang setara dengan distribusi struktural 2), yang sulit untuk dianalisis. Pada saat yang sama, decoder dapat memulihkan berbagai peta kepadatan 3D yang sesuai dengan fitur dimensi rendah.Rencana Masa Depan

Ke depan, Fujitsu dan RIKEN akan memanfaatkan teknologi penemuan obat AI yang baru dikembangkan sebagai salah satu teknologi inti untuk menganalisis kompleks antara protein target dan antibodi serta untuk memprediksi perubahan struktural dalam molekul dengan akurasi dan kecepatan tinggi. Untuk berkontribusi pada realisasi Society5.0 di bidang kedokteran, RIKEN mempromosikan pembangunan platform penemuan obat DX pada superkomputer Fugaku, yang bertujuan untuk menginovasi proses penemuan obat dengan menggunakannya sebagai salah satu teknologi baru untuk memperkirakan berbagai keadaan struktural protein target. RIKEN selanjutnya mempromosikan berbagai inisiatif termasuk TRIP (4) bertujuan untuk menciptakan platform penelitian inovatif yang secara efektif menghasilkan bidang pengetahuan baru di seluruh bidang penelitian. Fujitsu juga berencana untuk mulai menawarkan teknologi prediksi perubahan struktur protein pada 10 Oktober 2023 sebagai modul komponen inti inovasi AI dari Fujitsu Kozuchi (nama kode) – Platform Fujitsu AI. Di bawah Fujitsu Uvance, yang bertujuan untuk mewujudkan dunia berkelanjutan, yang dipromosikan Fujitsu Hidup Sehat, yang memaksimalkan pengalaman hidup setiap orang. Fujitsu akan terus berkontribusi dalam memecahkan permasalahan sosial di bidang medis dengan mengembangkan teknologi yang menggabungkan keunggulan AI dan HPC.

(1) Prosedur konvensional :Hal ini mengacu pada prosedur untuk membangun urutan perubahan konformasi protein target seperti yang dijelaskan dalam makalah [Kinman dkk. (2023)]. Dalam prosedur ini, urutannya dibuat menggunakan AI generatif yang sudah ada, cryoDRGN, yang telah dilatih oleh sejumlah besar gambar proyeksi protein target.
(2) Fugaku Superkomputer :Komputer yang diinstal di RIKEN sebagai penerus komputer K. Dari Juni 2020 hingga November 2021, ia menempati peringkat pertama dalam 4 kategori dalam peringkat superkomputer selama 4 periode berturut-turut. Operasi penuh dimulai pada 9 Maret 2021.
(3) Kurangi waktu dengan prediksi perubahan konformasi pada protein target dari satu hari menjadi dua jam :Efek penerapan yang umum digunakan data ribosom pada kedua teknologi tersebut. Waktu patokan, satu hari, mengacu pada waktu berjalan yang dijelaskan di makalah [Kinman dkk. (2023)].
(4) PERJALANAN :Platform Inovasi Penelitian Transformatif dari platform RIKEN

Tentang Fujitsu

Tujuan Fujitsu adalah menjadikan dunia lebih berkelanjutan dengan membangun kepercayaan masyarakat melalui inovasi. Sebagai mitra transformasi digital pilihan pelanggan di lebih dari 100 negara, 124,000 karyawan kami bekerja untuk menyelesaikan beberapa tantangan terbesar yang dihadapi umat manusia. Rangkaian layanan dan solusi kami memanfaatkan lima teknologi utama: Komputasi, Jaringan, AI, Data & Keamanan, dan Teknologi Konvergen, yang kami satukan untuk mewujudkan transformasi keberlanjutan. Fujitsu Limited (TSE:6702) melaporkan pendapatan konsolidasi sebesar 3.7 triliun yen (US$28 miliar) untuk tahun fiskal yang berakhir pada 31 Maret 2023 dan tetap menjadi perusahaan layanan digital teratas di Jepang berdasarkan pangsa pasar. Temukan lebih banyak lagi: www.fujitsu.com.

Tentang RIKEN Center for Computational Science

RIKEN adalah lembaga penelitian komprehensif terbesar di Jepang yang terkenal akan penelitian berkualitas tinggi dalam berbagai disiplin ilmu. Didirikan pada tahun 1917 sebagai yayasan penelitian swasta di Tokyo, RIKEN telah berkembang pesat dalam ukuran dan cakupan, saat ini mencakup jaringan pusat penelitian dan institut kelas dunia di seluruh Jepang termasuk RIKEN Center for Computational Science (R-CCS), rumah dari Superkomputer Fugaku. Sebagai pusat kepemimpinan komputasi performa tinggi, R-CCS mengeksplorasi “Ilmu komputasi, dengan komputasi, dan untuk komputasi.” Hasil eksplorasi – teknologi seperti perangkat lunak sumber terbuka – adalah kompetensi intinya. R-CCS berusaha untuk meningkatkan kompetensi inti dan untuk mempromosikan teknologi di seluruh dunia.

Tekan Contacts

Fujitsu LimitedDivisi Hubungan Masyarakat dan Investor Pertanyaan

RIKENEmail Kantor Promosi Ilmu Komputasi: r-ccs-koho@ml.riken.jp

Stempel Waktu:

Lebih dari Kawat Berita JCN