Apple, відома своїми інноваціями у сфері технологій, знову привернула увагу спільноти, представивши нову розробку в галузі біоінформатики. Дослідники компанії представили модель SimpleDesign, яка здатна одночасно генерувати як послідовність амінокислот, так і тривимірну структуру білків. Ця новаторська розробка була опублікована на початку вересня у вигляді попередньої публікації на платформі arXiv.
Інноваційний метод у створенні білкових структур
Традиційні підходи до проєктування білків зазвичай передбачають багатоетапний процес, що включає перетворення даних для різних етапів навчання. Натомість, SimpleDesign реалізує прямий метод, навчаючись безпосередньо на вихідних даних. Це дозволяє обійти складні проміжні етапи перетворення, роблячи процес більш ефективним та простим.
У своїй дослідницькій праці автори підкреслюють, що численні наявні моделі для спільного проєктування білків спочатку навчають автокодувальник, який перетворює білкову структуру на дискретне латентне подання. Після цього для роботи з цими репрезентаціями задіюється генеративна модель. Натомість SimpleDesign використовує підхід наскрізного навчання, безпосередньо оперуючи послідовностями амінокислот та неперервними тривимірними координатами.
Наступний етап розвитку концепцій SimpleFold.
Розробка SimpleDesign є логічним етапом у продовженні попередніх досліджень компанії Apple в цій сфері, зокрема проєкту під назвою SimpleFold. У рамках SimpleFold була представлена модель, що використовувала концепцію потоку збіжності для прогнозування тривимірної структури білка, ґрунтуючись виключно на його амінокислотній послідовності. SimpleDesign розвиває цю ідею, впроваджуючи спрощену архітектуру не лише для прогнозування структури, але й для одночасного генерування амінокислотної послідовності, що сприятиме формуванню цієї структури.
Методологія та навчання моделі
Для навчання SimpleDesign було використано понад 2 мільйони пар "послідовність-структура" білків. Дані переважно були отримані з набору даних AFESM, який об'єднує прогнозні структури з бази даних AlphaFold та інші зразки. Під час навчання модель частково маскувала послідовності амінокислот, одночасно додаючи шум до відповідних тривимірних структур.
Шляхом регулювання ступеня пошкодження послідовності та структури модель навчається виконувати різні завдання. Коли послідовність залишається переважно цілою, а структура значно спотворюється, завдання нагадує згортання білка - відновлення структури за відомою послідовністю. Якщо ж структура переважно ціла, а послідовність значною мірою маскована, це схоже на зворотне згортання - генерацію послідовності амінокислот, яка може сформувати певну структуру.
Коли одночасно виникають часткові пошкодження як послідовності, так і структури, модель повинна обробляти обидва типи даних разом, що дозволяє їй навчитися синергетичному поєднанню послідовності та структури білка.
Висновки та можливості
Згідно з результатами проведеного дослідження, SimpleDesign виявила високу конкурентоспроможність у стандартних тестах, що стосуються спільного дизайну білків, формування структур та генерації послідовностей. Дослідники також зазначили, що ця модель здатна створювати білкові структури з реалістичною морфологією, а загальна якість згенерованих амінокислотних послідовностей є на рівні або навіть перевищує показники більшості конкурентних багатомодальних моделей.
Слід акцентувати увагу на тому, що наразі результати ґрунтуються виключно на комп'ютерних оцінках. Дослідницька команда ще не здійснила експериментальної перевірки можливості згортання згенерованих білків, їх функціонування або безпечного використання в біологічних системах. Отже, ці результати поки що не можуть слугувати прямим підтвердженням практичної застосовності білків, розроблених за допомогою моделювання.
Хоча це так, SimpleDesign робить важливий крок уперед у сфері дизайну білків, пропонуючи удосконалений та комплексний метод для розробки нових білкових молекул з необхідними характеристиками.
#Білок #Архітектура #Модель #Apple Inc. #База даних #Молекула #Шум #Морфологія (біологія) #Амінокислота #Біоінформатика #Складання білків #Послідовність нуклеїнової кислоти
