Fujitsu in RIKEN razvijata tehnologijo odkrivanja zdravil z umetno inteligenco, ki uporablja generativno umetno inteligenco za napovedovanje strukturnih sprememb v beljakovinah

Fujitsu in RIKEN razvijata tehnologijo odkrivanja zdravil z umetno inteligenco, ki uporablja generativno umetno inteligenco za napovedovanje strukturnih sprememb v beljakovinah

Časovni žig: 10. oktober 2023 3:29
Izvorno vozlišče: 2929086

TOKIO, 10. oktober 2023 – (JCN Newswire) – Fujitsu Limited in oddelek za razvojno platformo za zdravila, ki temelji na HPC in AI Centra za računalniške znanosti RIKEN, sta danes objavila, da sta razvila tehnologijo za odkrivanje zdravil z umetno inteligenco, ki lahko predvidi strukturne spremembe proteine ​​iz slik elektronskega mikroskopa kot zemljevid 3D gostote v širokem obsegu z uporabo generativne umetne inteligence januarja 2023. Strani nameravata nadalje predstaviti dokument o tej tehnologiji na MICCAI 2023, vrhunski mednarodni konferenci na področju obdelave medicinskih slik, na 10. oktober 2023 (japonski čas).

V povezavi s to objavo Fujitsu prav tako načrtuje, da bo 10. oktobra 2023 dal na voljo svojo tehnologijo za napovedovanje strukturnih sprememb beljakovin kot komponento inovacije AI v okviru Fujitsu Kozuchi (kodno ime) – platforma Fujitsu AI, platformo AI, ki uporabnikom omogoča hitro preizkušanje naprednih tehnologij.

V okviru skupnega raziskovalnega projekta, ki se je začel maja 2022, sta Fujitsu in RIKEN razvila generativno tehnologijo umetne inteligence, ki natančno oceni različne oblike konformacije ciljnega proteina in njihove možne deleže iz velikega števila projekcijskih slik, posnetih z elektronsko mikroskopijo, kot tudi tehnologija, ki predvideva konformacijske spremembe ciljnega proteina iz ocenjenih deležev. Na podlagi teh dveh tehnologij sta obe strani razvili tehnologijo za odkrivanje zdravil z umetno inteligenco, ki lahko napove strukturne spremembe proteina v širokem razponu, s ciljem razviti IT tehnologijo za odkrivanje zdravil naslednje generacije, ki znatno skrajša čas razvoja in stroške zdravila. odkritje.

Tehnologija omogoča natančno pridobivanje konformacij in sprememb proteinov na podlagi eksperimentalnih podatkov v več kot desetkrat krajšem času kot klasični postopki (1), kar omogoča inovacije v procesu oblikovanja zdravil, ki se vežejo na ciljne beljakovine, kot so bakterije in virusi.

V prihodnje bosta Fujitsu in RIKEN uporabila novo razvito generativno tehnologijo umetne inteligence kot eno od osrednjih tehnologij za uresničitev tehnologije IT za odkrivanje zdravil naslednje generacije, ki lahko analizira kompleksna razmerja med ciljnimi proteini in protitelesi ter napove globalne strukturne spremembe molekul z visoko natančnost in hitrost.

Ozadje

Proteini, ki so tesno vključeni v življenjske cikle in mehanizme bolezni živih organizmov, so naravno zelo prilagodljivi in ​​medsebojno delujejo z drugimi molekulami in vivo tako, da spremenijo svojo strukturno konformacijo. Na primer, za razvoj zdravil, ki zavirajo okužbo z virusi, kot je COVID-19, ki spodbujajo njegovo okužbo s konformacijskimi spremembami na njihovih površinskih proteinih, je treba ugotoviti različna konformacijska stanja proteinov in kako se spreminjajo med konformacijami. Vendar pa običajne metode strukturne analize zahtevajo visoko raven strokovnega znanja ter poskusov in napak, kar zahteva veliko časa in izdatkov za pridobitev natančnih konformacijskih sprememb. Za rešitev tega problema sta Fujitsu in RIKEN razvila naslednji dve novi tehnologiji za odkrivanje zdravil z uporabo generativne umetne inteligence.

Dve tehnologiji odkrivanja zdravil

Fujitsu in RIKEN sta razvila dve novi tehnologiji za odkrivanje zdravil z uporabo znanja in izkušenj, pridobljenega z razvojem Fujitsujeve tehnologije globokega učenja, in uporabo znanja RIKEN-ove molekularne simulacije odkrivanja zdravil z uporabo superračunalnika Fugaku (2). Kombinacija obeh tehnologij je zmanjšala čas za napovedovanje konformacijskih sprememb ciljnega proteina z enega dneva na dve uri (3), s čimer prispevajo k pospešitvi in ​​učinkovitosti procesa odkrivanja zdravil za farmacevtska podjetja. Podrobnosti vsake tehnologije so naslednje:

1. Generativna tehnologija umetne inteligence, ki natančno oceni različne oblike konformacije beljakovin in njihova razmerja

Natančna napoved konformacijskih sprememb tarčnega proteina v širokem razponu zahteva možne oblike konformacije in njihova natančna razmerja. V tej študiji sta Fujitsu in RIKEN rekonstruirala 3D zemljevid gostote vsake konformacije iz velikega števila projekcijskih slik in ustreznih kotov v danem trenutku. Hkrati sta obe strani ocenili delež na podlagi pogostosti rekonstruirane konformacije kot namig.

2. Tehnologija za napovedovanje konformacijskih sprememb na podlagi nizkodimenzionalne značilnosti konformacije proteina

Ker je konformacija ciljnega proteina običajno izražena z visokodimenzionalnimi podatki, je težko neposredno napovedati konformacijske spremembe. Vendar sta Fujitsu in RIKEN v procesu rekonstrukcije konformacije z generativno AI tehnologijo iz prejšnjega odstavka izluščila nizkodimenzionalno značilnost konformacije. Z uporabo generativne tehnologije umetne inteligence sta Fujitsu in RIKEN analizirala nizkodimenzionalne podatke in napovedala konformacijske spremembe z obnovitvijo zemljevidov 3D gostote.


Slika: Oris na novo razvite tehnologije Kodirnik in dekoder se urita na slikah, ki so bile v dovolj velikih količinah posnete z mikroskopom. Po usposabljanju je mogoče pridobiti nizkodimenzionalno porazdelitev, ki jo je mogoče analizirati 1) v latentnem prostoru, ki je enakovredna strukturni porazdelitvi 2), ki jo je težko analizirati. Hkrati lahko dekoder obnovi različne zemljevide 3D gostote, ki ustrezajo nizkodimenzionalnim značilnostim. Načrti za prihodnost

V prihodnje bosta Fujitsu in RIKEN izkoristila novo razvito tehnologijo odkrivanja zdravil z umetno inteligenco kot eno od osrednjih tehnologij za analizo kompleksov med ciljnimi proteini in protitelesi ter za napovedovanje strukturnih sprememb v molekulah z visoko natančnostjo in hitrostjo. Da bi prispeval k uresničitvi Society5.0 na področju medicine, RIKEN spodbuja izgradnjo platforme DX za odkrivanje zdravil na superračunalniku Fugaku, katerega namen je inovirati postopek odkrivanja zdravil z njegovo uporabo kot eno od novih tehnologij za ocenjevanje različnih strukturna stanja tarčnih proteinov. RIKEN nadalje spodbuja različne pobude, vključno s TRIP (4), namenjen ustvarjanju inovativnih raziskovalnih platform, ki učinkovito ustvarjajo nova področja znanja na raziskovalnih področjih. Fujitsu prav tako načrtuje, da bo 10. oktobra 2023 začel ponujati svojo tehnologijo napovedovanja za strukturne spremembe beljakovin kot modul osrednje komponente AI inovacije Fujitsu Kozuchi (kodno ime) – Fujitsu AI Platform. Spodaj Fujitsu Uvance, katerega cilj je uresničiti trajnostni svet, promovira Fujitsu Zdravo življenje, ki poveča življenjsko izkušnjo vsakogar. Fujitsu bo še naprej prispeval k reševanju družbenih problemov na medicinskem področju z razvojem tehnologij, ki združujejo njegove prednosti v AI in HPC.

(1) Konvencionalni postopek:To se nanaša na postopek za konstruiranje zaporedja konformacijske spremembe ciljnega proteina, kot je opisano v članku [Kinman et al. (2023)]. V tem postopku je zaporedje sestavljeno z uporabo obstoječega generativnega AI, cryoDRGN, ki je bil usposobljen z velikim številom projekcijskih slik ciljnega proteina.
(2) Superračunalnik Fugaku:Računalnik, nameščen pri RIKEN, kot naslednik računalnika K. Od junija 2020 do novembra 2021 je bil na lestvici superračunalnikov 4 zaporedne mandate prvi v 4 kategorijah. Polno delovanje se je začelo 9. marca 2021.
(3) Zmanjšajte čas z napovedjo konformacijske spremembe ciljnega proteina z enega dneva na dve uri:Učinek uporabe pogosto uporablja podatke o ribosomih na ti dve tehnologiji. Primerjalni čas, en dan, se nanaša na čas delovanja, opisan v dokumentu [Kinman et al. (2023)].
(4) IZLET:Transformativna raziskovalna inovacijska platforma platform RIKEN

O Fujitsuju

Fujitsujev namen je narediti svet bolj trajnosten z gradnjo zaupanja v družbi z inovacijami. Kot izbrani partner za digitalno preobrazbo za stranke v več kot 100 državah si naših 124,000 zaposlenih prizadeva rešiti nekatere največje izzive, s katerimi se sooča človeštvo. Naš nabor storitev in rešitev temelji na petih ključnih tehnologijah: računalništvo, omrežja, umetna inteligenca, podatki in varnost ter konvergenčne tehnologije, ki jih združujemo, da zagotovimo trajnostno preobrazbo. Fujitsu Limited (TSE:6702) je poročal o konsolidiranih prihodkih v višini 3.7 bilijona jenov (28 milijard ameriških dolarjev) za poslovno leto, ki se je končalo 31. marca 2023, in ostaja največje podjetje za digitalne storitve na Japonskem po tržnem deležu. Izvedi več: www.fujitsu.com.

O centru za računalništvo RIKEN

RIKEN je največja japonska celovita raziskovalna ustanova, ki slovi po visokokakovostnih raziskavah v različnih znanstvenih disciplinah. RIKEN, ustanovljen leta 1917 kot zasebna raziskovalna fundacija v Tokiu, je hitro rasel po velikosti in obsegu ter danes zajema mrežo vrhunskih raziskovalnih centrov in inštitutov po vsej Japonski, vključno s RIKEN Centrom za računalniško znanost (R-CCS), domom superračunalnik Fugaku. Kot vodilni center visokozmogljivega računalništva R-CCS raziskuje »znanost o računalništvu, z računalništvom in za računalništvo«. Rezultati raziskovanja – tehnologije, kot je odprtokodna programska oprema – so njegova temeljna kompetenca. R-CCS si prizadeva izboljšati temeljno kompetenco in promovirati tehnologije po vsem svetu.

Pritisnite Imenik

Fujitsu LimitedOddelek za odnose z javnostjo in vlagatelji Poizvedbe

RIKENUrad za promocijo računalništva E-naslov: r-ccs-koho@ml.riken.jp

Časovni žig:

Več od JCN Newswire