研究人员建立突破性的AI模型用于药物发现

AI行业新闻12个月前发布 yundic
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在一项突破性研究中,麻省理工学院和塔夫茨大学的研究人员开发了一种机器学习(ML)方法来加速药物发现过程。

有大量的药物库,其中包含数十亿种不同的化合物,可以有效地治疗从癌症到心脏病的各种疾病。问题是,我们如何找到他们?

药物发现传统上是一个劳动密集型的过程,科学家必须针对所有可能的靶点测试每种潜在化合物——这是一项耗时且昂贵的工作。

为了解决这个问题,研究人员已经开始使用计算方法来筛选药物化合物文库。然而,这种方法仍然需要相当长的时间,因为它涉及到根据每个目标蛋白质的氨基酸序列计算其三维结构。

然而,麻省理工学院和塔夫茨大学的团队设计了一种基于大型语言模型(LLM)的新方法,这是一种支持ChatGPT等人工智能的模型类型。该模型分析大量数据,以确定哪些氨基酸可能匹配在一起,类似于ChatGPT等语言模型分析大量文本以确定哪些单词匹配在一起。

这个名为ConPLex的新模型将目标蛋白质与潜在的药物分子进行匹配,而不需要计算分子结构。该模型使研究人员能够在一天内筛选出1亿多种化合物。

西蒙斯数学教授、麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室(CSAIL)计算和生物学小组负责人Bonnie Berger说:“这项工作满足了对潜在候选药物进行高效和准确的电子筛选的需求,该模型的可扩展性使大规模筛选能够评估非靶标效应、药物重新用途以及确定突变对药物结合的影响。”

人工智能简化药物筛选和开发

该领域的一个关键障碍是,现有模型往往无法丢弃“诱饵”化合物。这些化合物类似于成功的药物,但不能与目标药物很好地相互作用。为了排除诱饵,研究小组加入了一个训练阶段,帮助模型区分真正的药物和冒名顶替者。

研究人员通过对一组51种称为蛋白激酶的酶筛选约4700个候选药物分子的文库来测试ConPLex模型。

在对19个最有希望的药物-蛋白质对进行实验测试后,他们发现其中12个与靶标具有很强的结合亲和力。

虽然这项研究主要集中在小分子药物上,但该团队正在探索如何将这种方法应用于其他类型的药物,如治疗性抗体。

该模型还可以对潜在的药物化合物进行毒性筛选,确保它们在动物模型中测试之前不会产生不必要的副作用。

CSAIL的研究科学家罗希特·辛格说:“药物发现如此昂贵的部分原因是它的失败率很高。如果我们能通过提前说出这种药物不太可能奏效来降低失败率,那将大大有助于降低药物发现的成本。“

美国国家癌症研究所癌症数据科学实验室主任Eytan Ruppin称赞这种方法是“药物—靶标相互作用预测的重大突破”。

5月下旬,另一个涉及麻省理工学院的研究小组建立了一个抗生素筛选模型,其工作原理与此相似。

该团队使用机器学习探索了数千种现有的药物,找到了一种对耐药超级细菌有效的特定化合物。

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