Fujitsu en RIKEN ontwikkelen AI-technologie voor het ontdekken van geneesmiddelen, waarbij gebruik wordt gemaakt van generatieve AI om structurele veranderingen in eiwitten te voorspellen

Fujitsu en RIKEN ontwikkelen AI-technologie voor het ontdekken van geneesmiddelen, waarbij gebruik wordt gemaakt van generatieve AI om structurele veranderingen in eiwitten te voorspellen

Tijdstempel: 10 oktober 2023 3:29 uur
Bronknooppunt: 2929086

TOKYO, 10 oktober 2023 – (JCN Newswire) – Fujitsu Limited en de HPC- en AI-gedreven Drug Development Platform Division van het RIKEN Center for Computational Science hebben vandaag aangekondigd dat zij een AI-technologie voor het ontdekken van geneesmiddelen hebben ontwikkeld die structurele veranderingen in de eiwitten uit elektronenmicroscoopbeelden als een 3D-dichtheidskaart in een breed bereik door gebruik te maken van generatieve AI in januari 2023. De twee partijen zijn verder van plan een paper over deze technologie te presenteren op MICCAI 2023, de belangrijkste internationale conferentie op het gebied van medische beeldverwerking, over 10 oktober 2023 (Japanse tijd).

In combinatie met deze aankondiging is Fujitsu ook van plan om zijn voorspellingstechnologie voor structurele veranderingen in eiwitten op 10 oktober 2023 beschikbaar te stellen als een AI-innovatiecomponent van de Fujitsu Kozuchi (codenaam) – Fujitsu AI-platform, een AI-platform waarmee gebruikers snel geavanceerde technologieën kunnen testen.

Als onderdeel van een gezamenlijk onderzoeksproject dat in mei 2022 werd gelanceerd, ontwikkelden Fujitsu en RIKEN een generatieve AI-technologie die de verschillende vormen van de conformatie van een doeleiwit en hun mogelijke verhoudingen nauwkeurig schat op basis van een groot aantal projectiebeelden gemaakt met elektronenmicroscopie, evenals een technologie die conformationele veranderingen in het doeleiwit voorspelt op basis van de geschatte verhoudingen. Op basis van deze twee technologieën hebben de twee partijen een AI-technologie voor het ontdekken van geneesmiddelen ontwikkeld die structurele veranderingen van een eiwit in een breed bereik kan voorspellen, met als doel de volgende generatie IT-technologie voor het ontdekken van geneesmiddelen te ontwikkelen die de ontwikkelingstijd en de kosten van geneesmiddelen aanzienlijk vermindert. ontdekking.

De technologie maakt de nauwkeurige acquisitie van eiwitconformaties en -veranderingen mogelijk op basis van experimentele gegevens in meer dan tien keer minder tijd dan conventionele procedures (1), waardoor innovatie mogelijk wordt in het ontwerpproces van medicijnen die zich binden aan doeleiwitten zoals bacteriën en virussen.

In de toekomst zullen Fujitsu en RIKEN de nieuw ontwikkelde generatieve AI-technologie gebruiken als een van de kerntechnologieën voor het realiseren van de volgende generatie IT-technologie voor het ontdekken van geneesmiddelen die de complexe relaties tussen doeleiwitten en antilichamen kan analyseren en mondiale structurele veranderingen van moleculen met hoge concentraties kan voorspellen. nauwkeurigheid en snelheid.

Achtergrond

Eiwitten die nauw betrokken zijn bij de levenscycli en ziektemechanismen van levende organismen zijn van nature zeer flexibel en interageren met andere moleculen in vivo door hun structuurconformatie te veranderen. Om bijvoorbeeld medicijnen te ontwikkelen die infectie door virussen zoals COVID-19 onderdrukken en die de infectie stimuleren met conformationele veranderingen aan hun oppervlakte-eiwitten, is het noodzakelijk om de verschillende conformationele toestanden van de eiwitten vast te stellen en hoe ze tussen conformaties veranderen. Conventionele structurele analysemethoden vereisen echter een hoog niveau van expertise en vallen en opstaan, waardoor aanzienlijke tijd en uitgaven nodig zijn om nauwkeurige conformationele veranderingen te verkrijgen. Om dit probleem op te lossen hebben Fujitsu en RIKEN de volgende twee nieuwe technologieën voor het ontdekken van geneesmiddelen ontwikkeld met behulp van generatieve AI.

Twee technologieën voor het ontdekken van geneesmiddelen

Fujitsu en RIKEN ontwikkelden twee nieuwe technologieën voor het ontdekken van geneesmiddelen door gebruik te maken van de knowhow die is ontwikkeld door de ontwikkeling van Fujitsu's deep learning-technologie en door de kennis toe te passen van RIKEN's moleculaire simulatie voor het ontdekken van geneesmiddelen met behulp van supercomputer Fugaku (2). De combinatie van de twee technologieën verkortte de tijd voor het voorspellen van conformationele veranderingen in een doeleiwit van één dag naar twee uur (3), waardoor wordt bijgedragen aan de versnelling en efficiëntie van het geneesmiddelenontdekkingsproces voor farmaceutische bedrijven. Details van elke technologie zijn als volgt:

1. Generatieve AI-technologie die de verschillende vormen van eiwitconformatie en hun verhoudingen nauwkeurig schat

Nauwkeurige voorspelling van conformationele veranderingen van een doeleiwit in een breed bereik vereist de mogelijke vormen van de conformatie en hun nauwkeurige verhoudingen. In deze studie reconstrueerden Fujitsu en RIKEN een 3D-dichtheidskaart van elke conformatie op basis van een groot aantal projectiebeelden en de bijbehorende hoeken op een bepaald moment. Tegelijkertijd schatten de twee partijen de verhouding op basis van de frequentie van de gereconstrueerde conformatie als aanwijzing.

2. Technologie voor het voorspellen van conformatieverandering op basis van laagdimensionale kenmerken van eiwitconformatie

Omdat de conformatie van het doeleiwit gewoonlijk wordt uitgedrukt door hoogdimensionale gegevens, is het moeilijk om de conformationele veranderingen direct te voorspellen. Tijdens het reconstrueren van de conformatie met behulp van de generatieve AI-technologie van de voorgaande paragraaf hebben Fujitsu en RIKEN echter een laagdimensionaal kenmerk van de conformatie geëxtraheerd. Met behulp van generatieve AI-technologie analyseerden Fujitsu en RIKEN de laagdimensionale gegevens en voorspelden ze de conformationele veranderingen door 3D-dichtheidskaarten te herstellen.


Beeld: Overzicht van de nieuw ontwikkelde technologie Encoder en decoder zijn getraind op beelden die in voldoende grote hoeveelheden door een microscoop zijn opgenomen. Na training is het mogelijk om in de latente ruimte een analyseerbare laagdimensionale verdeling 1) te verkrijgen die equivalent is aan de structurele verdeling 2), die moeilijk te analyseren is. Tegelijkertijd kan de decoder verschillende 3D-dichtheidskaarten herstellen die overeenkomen met laagdimensionale kenmerken. Toekomstplannen

In de toekomst zullen Fujitsu en RIKEN de nieuw ontwikkelde AI-technologie voor het ontdekken van geneesmiddelen gebruiken als een van de kerntechnologieën voor het analyseren van complexen tussen doeleiwitten en antilichamen en voor het voorspellen van structurele veranderingen in moleculen met hoge nauwkeurigheid en snelheid. Om bij te dragen aan de realisatie van Society5.0 op het gebied van de geneeskunde, promoot RIKEN de bouw van een DX-platform voor het ontdekken van geneesmiddelen op supercomputer Fugaku, met als doel het proces voor het ontdekken van geneesmiddelen te innoveren door het te gebruiken als een van de nieuwe technologieën om de verschillende structurele toestanden van doeleiwitten. RIKEN promoot verder verschillende initiatieven, waaronder TRIP (4) gericht op het creëren van innovatieve onderzoeksplatforms die effectief nieuwe kennisgebieden over de onderzoeksgebieden heen genereren. Fujitsu is ook van plan om op 10 oktober 2023 te beginnen met het aanbieden van zijn voorspellingstechnologie voor structurele veranderingen in eiwitten als een kerncomponentmodule voor AI-innovatie van Fujitsu Kozuchi (codenaam) – Fujitsu AI Platform. Onder Fujitsu Uvance, dat tot doel heeft een duurzame wereld te realiseren, promoot Fujitsu Gezond Leven, wat de levenservaring van iedereen maximaliseert. Fujitsu zal blijven bijdragen aan het oplossen van sociale problemen op medisch gebied door technologieën te ontwikkelen die zijn sterke punten op het gebied van AI en HPC combineren.

(1) Conventionele procedure:Dit verwijst naar de procedure voor het construeren van een reeks conformationele veranderingen van een doeleiwit, zoals beschreven in het artikel [Kinman et al. (2023)]. In deze procedure wordt de sequentie geconstrueerd met behulp van bestaande generatieve AI, cryoDRGN, die is getraind door een groot aantal projectiebeelden van het doeleiwit.
(2) Supercomputer Fugaku:Een computer geïnstalleerd bij RIKEN als opvolger van de K-computer. Van juni 2020 tot november 2021 stond het gedurende 4 opeenvolgende termijnen op de eerste plaats in 4 categorieën in de supercomputerranglijst. De volledige werking begon op 9 maart 2021.
(3) Verkort de tijd met het voorspellen van een conformationele verandering in een doeleiwit van één dag naar twee uur:Het effect van het toepassen van veelgebruikte ribosoom gegevens voor deze twee technologieën. De benchmarktijd, één dag, verwijst naar de looptijd beschreven in het artikel [Kinman et al. (2023)].
(4) REIS :Transformatief onderzoeksinnovatieplatform van RIKEN-platforms

Over Fujitsu

Het doel van Fujitsu is om de wereld duurzamer te maken door middel van innovatie vertrouwen in de samenleving op te bouwen. Als de voorkeurspartner voor digitale transformatie voor klanten in meer dan 100 landen, werken onze 124,000 medewerkers aan het oplossen van enkele van de grootste uitdagingen waarmee de mensheid wordt geconfronteerd. Ons aanbod van diensten en oplossingen is gebaseerd op vijf sleuteltechnologieën: computers, netwerken, AI, gegevens en beveiliging en convergerende technologieën, die we samenbrengen om duurzaamheidstransformatie te realiseren. Fujitsu Limited (TSE:6702) rapporteerde een geconsolideerde omzet van 3.7 biljoen yen (28 miljard dollar) voor het fiscale jaar dat eindigde op 31 maart 2023 en blijft qua marktaandeel het grootste digitale dienstverlener in Japan. Meer te weten komen: www.fujitsu.com.

Over RIKEN Centrum voor Computational Science

RIKEN is de grootste uitgebreide onderzoeksinstelling van Japan die bekend staat om kwalitatief hoogstaand onderzoek in een breed scala van wetenschappelijke disciplines. RIKEN, opgericht in 1917 als een particuliere onderzoeksstichting in Tokio, is snel in omvang en reikwijdte gegroeid en omvat tegenwoordig een netwerk van onderzoekscentra en instituten van wereldklasse in heel Japan, waaronder het RIKEN Center for Computational Science (R-CCS), de thuisbasis van de supercomputer Fugaku. Als het leiderschapscentrum van high-performance computing onderzoekt de R-CCS de "Science of computing, by computing, and for computing." De uitkomsten van de verkenning – de technologieën zoals open source software – vormen de kerncompetentie. De R-CCS streeft ernaar de kerncompetentie te verbeteren en de technologieën over de hele wereld te promoten.

Druk op Contacten

Fujitsu LimitedDivisie Public en Investor Relations vragen

RIKENE-mail van het Bureau voor de Promotie van Computationele Wetenschappen: r-ccs-koho@ml.riken.jp

Tijdstempel:

Meer van JCN Nieuwsdraad