Fujitsu và RIKEN phát triển công nghệ phát hiện thuốc AI sử dụng AI tổng hợp để dự đoán những thay đổi cấu trúc của protein

Fujitsu và RIKEN phát triển công nghệ phát hiện thuốc AI sử dụng AI tổng hợp để dự đoán những thay đổi cấu trúc của protein

Dấu thời gian: 10 tháng 2023 năm 3 29:XNUMX sáng
Nút nguồn: 2929086

TOKYO, ngày 10 tháng 2023 năm 3 – (JCN Newswire) – Fujitsu Limited và Bộ phận Nền tảng Phát triển Thuốc do HPC và AI điều khiển của Trung tâm Khoa học Máy tính RIKEN hôm nay thông báo rằng họ đã phát triển một công nghệ khám phá thuốc AI có thể dự đoán những thay đổi cấu trúc của protein từ hình ảnh kính hiển vi điện tử dưới dạng bản đồ mật độ 2023D trong phạm vi rộng bằng cách sử dụng AI tổng hợp vào tháng 2023 năm 10. Hai bên tiếp tục có kế hoạch trình bày một bài báo về công nghệ này tại MICCAI 2023, hội nghị quốc tế hàng đầu trong lĩnh vực xử lý hình ảnh y tế, trên Ngày XNUMX tháng XNUMX năm XNUMX (giờ Nhật Bản).

Cùng với thông báo này, Fujitsu cũng có kế hoạch cung cấp công nghệ dự đoán về những thay đổi cấu trúc protein vào ngày 10 tháng 2023 năm XNUMX như một thành phần đổi mới AI của Fujitsu Kozuchi (tên mã) – Nền tảng AI Fujitsu, nền tảng AI cho phép người dùng nhanh chóng thử nghiệm các công nghệ tiên tiến.

Là một phần của dự án nghiên cứu chung được triển khai vào tháng 2022 năm XNUMX, Fujitsu và RIKEN đã phát triển một công nghệ AI tổng hợp giúp ước tính chính xác các dạng cấu trúc khác nhau của protein mục tiêu và tỷ lệ có thể có của chúng từ một số lượng lớn hình ảnh chiếu được chụp bằng kính hiển vi điện tử, cũng như một công nghệ dự đoán những thay đổi về hình dạng của protein mục tiêu từ tỷ lệ ước tính. Dựa trên hai công nghệ này, hai bên đã phát triển công nghệ phát hiện thuốc AI có thể dự đoán sự thay đổi cấu trúc của protein trên phạm vi rộng, nhằm mục đích phát triển công nghệ phát hiện thuốc CNTT thế hệ tiếp theo giúp giảm đáng kể thời gian phát triển và chi phí của thuốc. khám phá.

Công nghệ này cho phép thu thập chính xác sự phù hợp và thay đổi của protein dựa trên dữ liệu thực nghiệm trong thời gian ngắn hơn mười lần so với các quy trình thông thường (1), từ đó cho phép đổi mới trong quy trình thiết kế các loại thuốc liên kết với các protein mục tiêu như vi khuẩn và vi rút.

Trong tương lai, Fujitsu và RIKEN sẽ sử dụng công nghệ AI thế hệ mới được phát triển làm một trong những công nghệ cốt lõi để hiện thực hóa công nghệ phát hiện thuốc CNTT thế hệ tiếp theo, có thể phân tích mối quan hệ phức tạp giữa protein mục tiêu và kháng thể, đồng thời dự đoán sự thay đổi cấu trúc toàn cầu của các phân tử có hàm lượng cao. độ chính xác và tốc độ.

Tiểu sử

Các protein có liên quan chặt chẽ đến vòng đời và cơ chế gây bệnh của sinh vật sống về bản chất rất linh hoạt và tương tác với các phân tử khác trong cơ thể bằng cách thay đổi cấu trúc cấu trúc của chúng. Ví dụ, để phát triển các loại thuốc ngăn chặn sự lây nhiễm của vi-rút như COVID-19 nhằm kích thích sự lây nhiễm của vi-rút bằng những thay đổi về hình dạng trên protein bề mặt của chúng, cần phải xác định chắc chắn các trạng thái hình dạng khác nhau của protein và cách chúng thay đổi giữa các cấu hình. Tuy nhiên, các phương pháp phân tích cấu trúc thông thường đòi hỏi trình độ chuyên môn cao cũng như thử và sai, đòi hỏi thời gian và chi phí đáng kể để có được những thay đổi về hình dạng chính xác. Để giải quyết vấn đề này, Fujitsu và RIKEN đã phát triển hai công nghệ khám phá thuốc mới sau đây bằng cách sử dụng AI tổng hợp.

Hai công nghệ khám phá thuốc

Fujitsu và RIKEN đã phát triển hai công nghệ khám phá ma túy mới bằng cách sử dụng bí quyết được trau dồi thông qua việc phát triển công nghệ học sâu của Fujitsu và áp dụng kiến ​​thức về mô phỏng phân tử khám phá ma túy của RIKEN bằng cách sử dụng siêu máy tính Fugaku (2). Sự kết hợp của hai công nghệ đã giảm thời gian dự đoán những thay đổi về hình dạng của protein mục tiêu từ một ngày xuống còn hai giờ (3), từ đó góp phần đẩy nhanh và hiệu quả quá trình nghiên cứu thuốc của các công ty dược phẩm. Chi tiết từng công nghệ như sau:

1. Công nghệ AI sáng tạo ước tính chính xác các dạng cấu trúc protein khác nhau và tỷ lệ của chúng

Dự đoán chính xác những thay đổi về hình dạng của protein mục tiêu trong phạm vi rộng đòi hỏi các dạng hình dạng có thể có và tỷ lệ chính xác của chúng. Trong nghiên cứu này, Fujitsu và RIKEN đã xây dựng lại bản đồ mật độ 3D của từng hình dạng từ một số lượng lớn hình ảnh chiếu và các góc tương ứng tại một thời điểm nhất định. Đồng thời, hai bên ước tính tỷ lệ dựa trên tần số của cấu hình được tái tạo để làm đầu mối.

2. Công nghệ dự đoán sự thay đổi hình dạng dựa trên đặc điểm cấu hình thấp của protein

Do cấu hình của protein mục tiêu thường được biểu thị bằng dữ liệu nhiều chiều nên rất khó dự đoán trực tiếp những thay đổi về hình dạng. Tuy nhiên, trong quá trình xây dựng lại cấu hình bằng công nghệ AI tổng hợp ở đoạn trước, Fujitsu và RIKEN đã trích xuất một đặc điểm chiều thấp của cấu trúc. Sử dụng công nghệ AI tổng hợp, Fujitsu và RIKEN đã phân tích dữ liệu chiều thấp và dự đoán những thay đổi về hình dạng bằng cách khôi phục bản đồ mật độ 3D.


Hình ảnh: Sơ lược về công nghệ mới phát triển Bộ mã hóa và bộ giải mã được huấn luyện trên các hình ảnh được chụp với số lượng đủ lớn bằng kính hiển vi. Sau khi đào tạo, có thể thu được phân bố chiều thấp có thể phân tích 1) trong không gian tiềm ẩn tương đương với phân bố cấu trúc 2), rất khó phân tích. Đồng thời, bộ giải mã có thể khôi phục các bản đồ mật độ 3D khác nhau tương ứng với các đối tượng có chiều thấp. Kế hoạch tương lai

Trong tương lai, Fujitsu và RIKEN sẽ tận dụng công nghệ khám phá thuốc AI mới được phát triển như một trong những công nghệ cốt lõi để phân tích phức hợp giữa protein mục tiêu và kháng thể, đồng thời dự đoán những thay đổi cấu trúc trong phân tử với độ chính xác và tốc độ cao. Để góp phần hiện thực hóa Society5.0 trong lĩnh vực y học, RIKEN đang thúc đẩy việc xây dựng nền tảng DX khám phá thuốc trên siêu máy tính Fugaku, nhằm đổi mới quy trình khám phá thuốc bằng cách sử dụng nó như một trong những công nghệ mới để ước tính các loại thuốc khác nhau. trạng thái cấu trúc của protein mục tiêu. RIKEN đang thúc đẩy hơn nữa các sáng kiến ​​​​khác nhau bao gồm TRIP (4) nhằm mục đích tạo ra các nền tảng nghiên cứu sáng tạo giúp tạo ra các lĩnh vực kiến ​​thức mới một cách hiệu quả trên các lĩnh vực nghiên cứu. Fujitsu cũng có kế hoạch bắt đầu cung cấp công nghệ dự đoán những thay đổi về cấu trúc protein vào ngày 10 tháng 2023 năm XNUMX dưới dạng mô-đun thành phần cốt lõi đổi mới AI của Fujitsu Kozuchi (tên mã) – Nền tảng AI Fujitsu. Dưới Fujitsu Uvance, nhằm mục đích hiện thực hóa một thế giới bền vững, Fujitsu đang thúc đẩy Sống khỏe mạnh, giúp tối đa hóa trải nghiệm cuộc sống của mọi người. Fujitsu sẽ tiếp tục góp phần giải quyết các vấn đề xã hội trong lĩnh vực y tế bằng cách phát triển các công nghệ kết hợp thế mạnh của mình là AI và HPC.

(1) Thủ tục thông thường:Điều này đề cập đến quy trình xây dựng trình tự thay đổi về hình dạng của protein mục tiêu như được mô tả trong bài báo [Kinman và cộng sự. (2023)]. Trong quy trình này, trình tự được xây dựng bằng cách sử dụng AI tổng hợp hiện có, cryoDRGN, đã được huấn luyện bằng một số lượng lớn hình ảnh chiếu của protein mục tiêu.
(2) Siêu máy tính Fugaku:Một máy tính được cài đặt tại RIKEN như một thiết bị kế thừa cho máy tính K. Từ tháng 2020 năm 2021 đến tháng 4 năm 4, nó đứng đầu trong 9 hạng mục trong bảng xếp hạng siêu máy tính trong 2021 nhiệm kỳ liên tiếp. Bắt đầu hoạt động đầy đủ vào ngày XNUMX tháng XNUMX năm XNUMX.
(3) Giảm thời gian dự đoán sự thay đổi về hình dạng của protein mục tiêu từ một ngày xuống còn hai giờ :Tác dụng của việc áp dụng thông dụng dữ liệu ribosome về hai công nghệ đó. Thời gian chuẩn, một ngày, đề cập đến thời gian chạy được mô tả trong bài báo [Kinman và cộng sự. (2023)].
(4) CHUYẾN ĐI :Nền tảng đổi mới nghiên cứu chuyển đổi của nền tảng RIKEN

Về Fujitsu

Mục đích của Fujitsu là làm cho thế giới bền vững hơn bằng cách xây dựng lòng tin trong xã hội thông qua đổi mới. Là đối tác chuyển đổi kỹ thuật số được lựa chọn cho khách hàng ở hơn 100 quốc gia, 124,000 nhân viên của chúng tôi làm việc để giải quyết một số thách thức lớn nhất mà nhân loại phải đối mặt. Phạm vi dịch vụ và giải pháp của chúng tôi dựa trên năm công nghệ chính: Điện toán, Mạng, Trí tuệ nhân tạo, Dữ liệu & Bảo mật và Công nghệ Hội tụ, mà chúng tôi kết hợp với nhau để mang lại sự chuyển đổi bền vững. Fujitsu Limited (TSE:6702) đã báo cáo doanh thu hợp nhất là 3.7 nghìn tỷ yên (28 tỷ USD) cho năm tài chính kết thúc vào ngày 31 tháng 2023 năm XNUMX và vẫn là công ty dịch vụ kỹ thuật số hàng đầu tại Nhật Bản tính theo thị phần. Tìm hiểu thêm: www.fujitsu.com.

Giới thiệu về Trung tâm Khoa học Tính toán RIKEN

RIKEN là tổ chức nghiên cứu toàn diện lớn nhất Nhật Bản, nổi tiếng về nghiên cứu chất lượng cao trong nhiều lĩnh vực khoa học đa dạng. Được thành lập vào năm 1917 với tư cách là một nền tảng nghiên cứu tư nhân ở Tokyo, RIKEN đã phát triển nhanh chóng về quy mô và phạm vi, ngày nay bao gồm một mạng lưới các trung tâm và viện nghiên cứu đẳng cấp thế giới trên khắp Nhật Bản bao gồm Trung tâm RIKEN về Khoa học Tính toán (R-CCS), ngôi nhà của siêu máy tính Fugaku. Là trung tâm hàng đầu của máy tính hiệu suất cao, R-CCS khám phá “Khoa học về máy tính, bằng máy tính và máy tính”. Kết quả của việc khám phá - các công nghệ như phần mềm nguồn mở - là năng lực cốt lõi của nó. R-CCS cố gắng nâng cao năng lực cốt lõi và thúc đẩy các công nghệ trên toàn thế giới.

Nhấn Liên hệ

Công ty TNHH FujitsuBộ phận Quan hệ Công chúng và Nhà đầu tư Yêu cầu

RIKENVăn phòng xúc tiến khoa học tính toán E-mail: r-ccs-koho@ml.riken.jp

Dấu thời gian:

Thêm từ Bản tin JCN