Лаборатория ИТМО Генеративный дизайн ферментов и аптамеров

Компания

Фармацевтика, медицина, здравоохранение
Россия
Северо-Западный ФО РФ
Санкт-Петербург

Собственники:
ИТМО (научно-образовательная корпорация)

Конечные собственники

+ Правительство РФ

История

2024: Открытие лаборатории «Генеративный дизайн ферментов и аптамеров»

В ИТМО открылась лаборатория «Генеративный дизайн ферментов и аптамеров». Об этом университет сообщил 29 января 2024 года. В ней ученые разрабатывают инструменты для создания молекулярных машин — наноустройств, которые способны ускорять химические реакции, избирательно связывать молекулы и даже выступать в роли биопроцессоров. В основе инструментов — методы искусственного интеллекта (ИИ). Результаты исследований помогут в разработке лекарств для персонализированной медицины и POC-систем — мобильных устройств для лабораторной диагностики заболеваний.

Молекулярные машины — это биологические структуры, которые быстро и с высокой точностью выполняют важные задачи внутри клеток: позволяют им отвечать на сигналы внешней среды и общаться друг с другом. Также они помогают синтезировать молекулы ДНК, вырабатывать энергию и сокращаться мышцам. Молекулярные машины изобретены природой, однако ученые тоже стремятся искусственно создавать подобные устройства, которые дают возможность, например, проводить тонкие манипуляции с молекулами (включая РНК, ДНК и белки), регулировать метаболизм клеток (биохимические реакции, обеспечивающие жизнедеятельность клетки) и редактировать геном.

^{Пример действия молекулярной машины}

Разработка молекулярных машин достаточно сложна — накоплено огромное количество точечных знаний, но единой теории не существует до сих пор. Данная лаборатория ИТМО призвана упростить разработку таких наноустройств. Ее возглавил Никита Серов, младший научный сотрудник химико-биологического кластера ИТМО. В команду Никиты уже входят магистранты программы «Химия и искусственный интеллект» и бакалавры из разных городов России.

Цель лаборатории — разработка «семейства» инструментов на основе ИИ, data science и расчетных методов, которые позволят создавать молекулярные наноустройства для прикладных задач. Также в перспективе мы хотим сформировать систему «Lego молекулярных машин». Она включит в себя поиск и создание отдельных независимых функциональных модулей, а также способы их сборки «под ключ» в молекулярные машины с заранее запрограммированным поведением, — рассказал Никита Серов, руководитель лаборатории.

Одно из направлений лаборатории — «Фермент под ключ». Ученые будут перестраивать при помощи генеративных нейронных сетей и эволюционных алгоритмов существующие природные молекулярные машины под конкретные задачи медицины и биотехнологий. Например, в случае генеративного дизайна каталитических (коротких цепочек ДНК, ускоряющих реакции) и сенсорных ДНК (коротких цепочек ДНК, детектирующих конкретные молекулы в растворе) это позволит направленно регулировать метаболизм клеток и селективно обнаруживать маркеры заболеваний в сложных биологических жидкостях. Такие инструменты чрезвычайно важны в разработке систем для диагностики болезней на месте оказания медицинской помощи. Как с помощью EvaProject и EvaWiki построить прозрачную бесшовную среду для успешной работы крупного холдинга 2.1 т

Еще одно направление, в рамках которого ученые будут искать элементарные детали для молекулярных машин, — «Минимальный фермент». Для этого разрабатываются алгоритмы поиска минимальных каталитических модулей, а также алгоритм-модификатор, который обеспечивает их структурную автономность, позволяя соединять модули в любом порядке без потери функций.

В будущем команда лаборатории планирует выяснить, какие возможности предоставляют гибридные молекулярные машины из разных типов биополимеров: белков, нуклеиновых кислот, липидов. Конечным продуктом, который объединит все разработанные инструменты, станет цифровая платформа с интуитивно понятным интерфейсом. Часть алгоритмов будет доступна людям без специальных знаний — они смогут сделать свой вклад в науку, решая сложные задачи в доступном формате.

Открытие лаборатории поддержал Фонд поддержки инноваций и молодежных инициатив Санкт-Петербурга.

Источник — «https://prom.tadviser.ru/index.php/%D0%9A%D0%BE%D0%BC%D0%BF%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F:%D0%9B%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%8F_%D0%98%D0%A2%D0%9C%D0%9E_%D0%93%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B4%D0%B8%D0%B7%D0%B0%D0%B9%D0%BD_%D1%84%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82%D0%BE%D0%B2_%D0%B8_%D0%B0%D0%BF%D1%82%D0%B0%D0%BC%D0%B5%D1%80%D0%BE%D0%B2»