Fujitsu와 RIKEN, 생성 AI를 활용하여 단백질의 구조적 변화를 예측하는 AI 약물 발견 기술 개발

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도쿄, 10년 2023월 3일 – (JCN Newswire) – Fujitsu Limited와 RIKEN 계산 과학 센터의 HPC 및 AI 기반 약물 개발 플랫폼 부서는 오늘 약물의 구조적 변화를 예측할 수 있는 AI 약물 발견 기술을 개발했다고 발표했습니다. 양사는 2023년 2023월 제너레이티브 AI를 활용해 전자현미경 영상에서 얻은 단백질을 넓은 범위의 10차원 밀도 지도로 구현한다. 양사는 추가로 의료영상처리 분야 최고 국제학술대회인 MICCAI 2023에서 이 기술에 대한 논문을 발표할 계획이다. XNUMX년 XNUMX월 XNUMX일(일본 시간).

이번 발표와 함께 Fujitsu는 단백질 구조 변화에 대한 예측 기술을 10년 2023월 XNUMX일부터 AI 혁신 구성 요소로 제공할 계획입니다. Fujitsu Kozuchi(코드명) – Fujitsu AI 플랫폼, 사용자가 고급 기술을 빠르게 테스트할 수 있는 AI 플랫폼입니다.

Fujitsu와 RIKEN은 2022년 XNUMX월에 시작된 공동 연구 프로젝트의 일환으로 전자현미경으로 촬영한 수많은 투영 이미지로부터 표적 단백질의 다양한 형태와 가능한 비율을 정확하게 추정하는 생성 AI 기술을 개발했습니다. 추정된 비율로부터 목적 단백질의 형태 변화를 예측하는 기술입니다. 양사는 이 두 기술을 바탕으로 신약 개발 시간과 비용을 획기적으로 절감하는 차세대 IT 신약 발굴 기술 개발을 목표로, 광범위한 단백질 구조 변화를 예측할 수 있는 AI 신약 발굴 기술을 개발했다. 발견.

이 기술을 사용하면 기존 절차보다 XNUMX배 이상 짧은 시간에 실험 데이터를 기반으로 단백질 형태와 변화를 정확하게 획득할 수 있습니다.1)을 통해 박테리아, 바이러스 등 표적 단백질에 결합하는 약물 설계 과정의 혁신을 가능하게 한다.

앞으로 Fujitsu와 RIKEN은 새로 개발된 생성 AI 기술을 표적 단백질과 항체 간의 복잡한 관계를 분석하고 높은 수준의 분자 구조 변화를 예측할 수 있는 차세대 IT 신약 발굴 기술 구현을 위한 핵심 기술 중 하나로 활용할 예정입니다. 정확성과 속도.

배경

살아있는 유기체의 수명주기 및 질병 메커니즘에 밀접하게 관여하는 단백질은 자연적으로 매우 유연하며 구조 형태를 변경하여 생체 내에서 다른 분자와 상호 작용합니다. 예를 들어, 표면 단백질의 형태 변화를 통해 감염을 자극하는 코로나19와 같은 바이러스의 감염을 억제하는 약물을 개발하려면 단백질의 다양한 형태 상태와 형태 간 변화를 확인하는 것이 필요합니다. 그러나 기존의 구조해석 방법은 높은 수준의 전문성과 시행착오를 필요로 하며, 정확한 형태 변화를 얻기 위해서는 상당한 시간과 비용이 요구됩니다. 이 문제를 해결하기 위해 Fujitsu와 RIKEN은 생성 AI를 사용하여 다음과 같은 두 가지 신약 발견 기술을 개발했습니다.

두 가지 약물 발견 기술

Fujitsu와 RIKEN은 Fujitsu의 딥러닝 기술 개발을 통해 축적된 노하우와 슈퍼컴퓨터 Fugaku를 활용한 RIKEN의 신약 발견 분자 시뮬레이션 지식을 적용하여 두 가지 신약 발견 기술을 개발했습니다.2). 두 기술의 결합으로 표적 단백질의 형태 변화 예측 시간을 XNUMX일에서 XNUMX시간으로 단축했다.3) 이를 통해 제약회사의 신약 발굴 프로세스의 속도 향상과 효율성에 기여합니다. 각 기술의 세부 내용은 다음과 같습니다.

1. 다양한 형태의 단백질 형태와 그 비율을 정확하게 추정하는 생성 AI 기술

넓은 범위에서 표적 단백질의 구조 변화를 정확하게 예측하려면 가능한 형태의 구조와 정확한 비율이 필요합니다. 이 연구에서 Fujitsu와 RIKEN은 주어진 순간에 수많은 투영 이미지와 해당 각도로부터 각 형태의 3D 밀도 맵을 재구성했습니다. 동시에 양측은 재구성된 형태의 빈도를 단서로 하여 그 비율을 추정했다.

2. 단백질 구조의 저차원 특성을 기반으로 구조 변화를 예측하는 기술

일반적으로 목적 단백질의 형태는 고차원 데이터로 표현되기 때문에 형태 변화를 직접적으로 예측하기는 어렵습니다. 그러나 앞 단락의 생성 AI 기술로 형태를 재구성하는 과정에서 Fujitsu와 RIKEN은 형태의 저차원 특징을 추출했습니다. Fujitsu와 RIKEN은 생성 AI 기술을 사용하여 저차원 데이터를 분석하고 3D 밀도 맵을 복원하여 형태 변화를 예측했습니다.

이미지: 새로 개발된 기술의 개요 인코더와 디코더는 현미경으로 충분히 대량으로 촬영된 이미지에 대해 학습됩니다. 훈련 후에는 분석하기 어려운 구조적 분포 1)와 동등한 잠재 공간에서 분석 가능한 저차원 분포 2)를 얻을 수 있습니다. 동시에 디코더는 저차원 특징에 해당하는 다양한 3D 밀도 맵을 복구할 수 있습니다.향후 계획

앞으로 Fujitsu와 RIKEN은 새로 개발된 AI 약물 발견 기술을 표적 단백질과 항체 사이의 복합체를 분석하고 높은 정확성과 속도로 분자의 구조 변화를 예측하기 위한 핵심 기술 중 하나로 활용할 것입니다. RIKEN은 의학 분야에서 Society5.0 실현에 기여하기 위해 슈퍼컴퓨터 Fugaku에서 신약 발견 DX 플랫폼 구축을 추진하고 있으며, 이를 다양한 추정을 위한 신기술 중 하나로 활용하여 신약 발견 프로세스를 혁신하는 것을 목표로 하고 있습니다. 표적 단백질의 구조적 상태. RIKEN은 TRIP(4) 연구 분야 전반에 걸쳐 새로운 지식 분야를 효과적으로 창출하는 혁신적인 연구 플랫폼을 만드는 것을 목표로 합니다. Fujitsu는 또한 Fujitsu Kozuchi(코드명)의 AI 혁신 핵심 구성 요소 모듈인 Fujitsu AI Platform으로 단백질 구조 변화에 대한 예측 기술을 10년 2023월 XNUMX일부터 제공하기 시작할 계획입니다. 아래에 후지쯔 유반스지속가능한 세상의 실현을 목표로 후지쯔가 추진하고 있는 건강한 삶, 모든 사람의 삶의 경험을 극대화합니다. Fujitsu는 앞으로도 AI와 HPC의 강점을 결합한 기술을 개발하여 의료 분야의 사회 문제 해결에 기여해 나갈 것입니다.

(1) 기존 절차:이는 논문에 기술된 목적 단백질의 구조적 변화의 순서를 구성하는 과정을 의미한다[Kinmanet al. (2023)]. 이 절차에서는 표적 단백질의 수많은 투영 이미지를 통해 훈련된 기존 생성 AI인 cryoDRGN을 사용하여 서열을 구성합니다.
(2) 슈퍼컴퓨터 후가쿠:K 컴퓨터의 후속으로 RIKEN에 설치된 컴퓨터. 2020년 2021월부터 4년 4월까지 9년 연속 슈퍼컴퓨터 순위 2021개 부문 XNUMX위에 올랐다. 전체 운영은 XNUMX년 XNUMX월 XNUMX일부터 시작되었습니다.
(3) 표적 단백질의 구조 변화 예측 시간을 XNUMX일에서 XNUMX시간으로 단축 :일반적으로 사용되는 적용 효과 리보솜 데이터 그 두 가지 기술에. 벤치마크 시간인 XNUMX일은 논문에 기술된 실행 시간을 의미합니다.Kinmanet al. (2023)].
(4) 여행 :RIKEN 플랫폼의 혁신적인 연구 혁신 플랫폼

Fujitsu 정보

Fujitsu의 목표는 혁신을 통해 사회의 신뢰를 구축하여 세상을 보다 지속 가능하게 만드는 것입니다. 100개 이상의 국가에서 고객이 선택한 디지털 혁신 파트너로서 124,000명의 직원이 인류가 직면한 가장 큰 문제를 해결하기 위해 노력하고 있습니다. 당사의 다양한 서비스 및 솔루션은 컴퓨팅, 네트워크, AI, 데이터 및 보안, 융합 기술의 6702가지 핵심 기술을 기반으로 하며, 지속 가능성 혁신을 제공하기 위해 함께 제공합니다. Fujitsu Limited(TSE:3.7)는 28년 31월 2023일 마감된 회계연도에 XNUMX조 XNUMX억 엔(미화 XNUMX억 달러)의 연결 매출을 보고했으며 시장 점유율 기준으로 일본 최고의 디지털 서비스 회사로 남아 있습니다. 더 찾아 봐: www.fujitsu.com.

RIKEN 컴퓨터 과학 센터 소개

RIKEN은 다양한 범위의 과학 분야에서 고품질 연구로 유명한 일본 최대의 종합 연구 기관입니다. 1917 년에 도쿄의 민간 연구 재단으로 설립 된 RIKEN은 규모와 범위가 빠르게 성장했으며 오늘날에는 R-CCS (Ricken Center for Computational Science)를 비롯한 일본 전역의 세계적 수준의 연구 센터 및 연구소 네트워크를 포함합니다. 슈퍼 컴퓨터 Fugaku. 고성능 컴퓨팅의 리더십 센터 인 R-CCS는 "컴퓨팅, 컴퓨팅 및 컴퓨팅의 과학"을 탐구합니다. 탐험의 결과 (오픈 소스 소프트웨어와 같은 기술)가 핵심 역량입니다. R-CCS는 핵심 역량을 강화하고 전 세계에 기술을 홍보하기 위해 노력합니다.

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理研계산과학진흥실 이메일: r-ccs-koho@ml.riken.jp