OpenAI совместно с Retro Biosciences разработала ИИ-модель GPT-4b micro. Перепрограммированные с помощью ИИ факторы Яманака показали в 50 раз большую эффективность в перепрограммировании клеток в стволовые.
OpenAI и биотехнологическая компания Retro Biosciences создали GPT-4b micro — версию GPT-4o, которая проектирует белковые последовательности, значительно ускоряющие омолаживание клеток в организме. Технологический гигант опубликовал пресс-релиз, в котором представил результаты исследования новой модели искусственного интеллекта (ИИ).
Нейросеть предложила, как усовершенствовать структуру факторов Яманака — набора из четырех белков (OCT4, SOX2, KLF4 и MYC). В организме они преобразуют клетки взрослого человека в стволовые. На основе последовательности аминокислот, рекомендованной ИИ, в лаборатории были синтезированы новые факторы Яманака, получившие названия RetroSOX и RetroKLF.
Чтобы оценить эффективность, исследователи взяли клетки кожи человека (фибробласты), у которых специально повредили ДНК доксорубицином — препаратом для химиотерапии. Затем они попытались исправить это тремя способами: с помощью контрольного вещества (плацебо), стандартных факторов Яманака человека или их аналогов, модифицированных нейросетью.
Через некоторое время измерили уровень γ-H2AX — белка-маркера, который появляется в местах разрывов ДНК (чем меньше его, тем лучше клетка справилась с нанесенным уроном). Выяснилось, что RetroSOX/KLF смогли преобразовать более 30% клеток, взятых у доноров старше 50 лет, в стволовые всего за неделю, тогда как обычные факторы Яманака — 0,1% спустя почти месяц. Белки, созданные ИИ, справились с этой задачей в 50 раз более эффективно, подсчитали ученые.
Также факторы Яманака, сгенерированные нейросетью, значительно лучше восстанавливали разрушенную ДНК. В результате получались более качественные стволовые клетки с меньшими генетическими дефектами.
О стволовых клетках
Они участвуют в гомеостазе, регенерации поврежденных тканей и эмбриональном развитии. Их главная способность — превращаться в любые из более чем 200 типов клеток организма: от нейронов мозга до клеток сердечной мышцы.
В медицине стволовые клетки уже более 50 лет успешно применяются при раке крови, лейкозах и других заболеваний системы кроветворения через трансплантацию костного мозга. Сегодня активно изучается их потенциал в лечении болезни Паркинсона, Альцгеймера, диабета, сердечных заболеваний и травм.
Открытие факторов Яманака, за которое японский ученый Синъя Яманака получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 2012 году, стало ключом к омоложению. Обнаружено, что при перепрограммировании клеток в стволовые все признаки старения практически исчезают. В 2020 году команда из Стэнфордского университета смогла уменьшить биологический возраст клеток мышей на несколько лет, активируя факторы Яманака. В результате животные вернули утраченную мышечную силу.
Однако все упирается в скорость процесса: из 1000 живых клеток, как правило, удается синтезировать только одну стволовую, и процесс занимает от трех до четырех недель. В случае с пожилыми или больными донорами этот показатель еще ниже.
О GPT-4b micro
GPT-4b micro может решить эту проблему, сделав клеточное омоложение широко доступной процедурой. ИИ обучался на базе данных, содержавшей последовательности аминокислот, научные работы и 3D-структуры белков. Нейросеть может обрабатывать беспрецедентно большой объем информации по сравнению с аналогами — 48—50 тыс. слов против 750—800 слов у ESM-2 (наиболее популярной модели ИИ для создания новых белков от компании Meta AI, признанной в России экстремистской организацией и запрещенной).