Добавить новость
ru24.net
News in English
Январь
2023

Thanks to DALL-E, the Race to Make Artificial Protein Drugs Is On

0

Remember when predicting protein shapes using AI was the breakthrough of the year?

That’s old news. Having solved nearly all protein structures known to biology, AI is now turning to a new challenge: designing proteins from scratch.

Far from an academic pursuit, the endeavor is a potential game-changer for drug discovery. Having the ability to draw up protein drugs for any given target inside the body—such as those triggering cancer growth and spread—could launch a new universe of medicines to tackle our worst medical foes.

It’s no wonder multiple AI powerhouses are answering the challenge. What’s surprising is that they converged on a similar approach. This year DeepMind, Meta, and Dr. David Baker’s team at the University of Washington all took inspiration from an unlikely source: DALL-E and GPT-3.

These generative algorithms have taken the world by storm. When given just a few simple prompts in everyday English, the programs can produce mind-bending images, paragraphs of creative writing, or film scenes, and even remix the latest fashion designs. The same underlying technology recently took a stab at writing computer code, besting nearly half of human competitors in a highly challenging programming task.

What does any of that have to do with proteins?

Here’s the thing: proteins are essentially strings of “letters” molded into secondary structures—think sentences—and then 3D “paragraphs.” If AI can generate gorgeous images and clean writing, why not co-opt the technology to rewrite the code of life?

Here Come the Champions

Protein is the key to life. It builds our bodies. It runs our metabolisms. It underlies intricate brain functions. It’s also the basis for a wealth of new drugs that could treat some of our most insurmountable health problems to date—and create new sources of biofuels, lab-grown meats, or even entirely novel lifeforms through synthetic biology.

While “protein” often evokes pictures of chicken breasts, these molecules are more similar to an intricate Lego puzzle. Building a protein starts with a string of amino acids—think a myriad of Christmas lights on a string— which then fold into 3D structures (like rumpling them up for storage).

DeepMind and Baker both made waves when they each developed algorithms to predict the structure of any protein based on their amino acid sequence. It was no simple endeavor; the predictions were mapped at the atomic level.

Designing new proteins raises the complexity to another level. This year Baker’s lab took a stab at it, with one effort using good old screening techniques and another relying on deep learning hallucinations. Both algorithms are extremely powerful for demystifying natural proteins and generating new ones, but they were hard to scale up.

But wait. Designing a protein is a bit like writing an essay. If GPT-3 and ChatGPT can write sophisticated dialogue using natural language, the same technology could in theory also rejigger the language of proteins—amino acids—to form functional proteins entirely unknown to nature.

AI Creativity Meets Biology

One of the first signs that the trick could work came from Meta.

In a recent preprint paper, they tapped into the AI architecture underlying DALL-E and ChatGPT, a type of machine learning called large language models (LLMs), to predict protein structure. Instead of feeding the models exuberant amounts of text or images, the team instead trained them on amino acid sequences of known proteins. Using the model, Meta’s AI predicted over 600 million protein structures by reading their amino acid “letters” alone—including esoteric ones from microorganisms in the soil, ocean water, and our bodies that we know little about.

More impressively, the AI, called ESMFold, eventually learned to “autocomplete” protein sequences even when some amino acid letters were obscured. Although not as accurate as DeepMind’s AlphaFold, it ran roughly 60 times faster, making it easier to scale up to larger databases.

Baker’s lab took the protein “autocomplete” function to a new level in a preprint published earlier this month. If AI can already fill in the blanks when it comes to predicting protein structures, a similar principle could potentially also generate proteins from a prompt—in this case, its potential biological function.

The key came down to diffusion models, a type of machine learning algorithm that powers DALL-E. Put simply, these neural networks are especially good at adding and then removing noise from any given data—be it images, texts, or protein sequences. During training, they first destroy training data by adding noise. The model then learns to recover the original data by reversing the process through a step called denoising. It’s a bit like dismantling a laptop or other electronic and putting it back together to see how different components work.

Because diffusion models usually start with scrambled data (say, all the pixels of an image are rearranged into noise) and eventually learn to reconstruct the original image, it’s especially effective at generating new images—or proteins—from seemingly random samples.

Baker’s lab tapped into the approach with a bit of fine-tuning of their signature RoseTTAFold structure prediction network. Previously, a version of the software generated protein scaffolds—the backbone of a protein—in just a single step. But proteins aren’t uniform blobs: each has multiple hotspots that allow them to physically tag onto each other, which triggers various biological processes. When RoseTTAFold faced tough problems—such as designing protein hotspots with minimal knowledge—it struggled.

The team’s solution was to integrate RoseTTAFold with a diffusion model, with the former helping with the denoising step. The resulting algorithm, RoseTTAFold Diffusion (RF Diffusion), is a love-child between protein structure prediction and creative generation. The AI designed a wide range of elaborate proteins with little resemblance to any known protein structures, constrained by pre-defined but biologically relevant limits.

Designing proteins is just the first step. The next is translating these digital designs into actual proteins and seeing how they work in cells. In one test, the team took 44 candidates with antibacterial and antiviral potential and made the proteins inside the trusty E. Coli bacteria. Over 80 percent of the AI designer proteins folded into their predicted final form. This isquite the feat, as several sub-units had to come together in specific numbers and orientations.

The proteins also grabbed onto their intended targets. One example had a protein structure binding to SARS-CoV-2, the virus that causes Covid-19. The AI design specifically honed in on the virus’s spike protein, the target for Covid-19 vaccines.

In another example, the AI designed a protein that binds to a hormone to regulate calcium levels in the blood. The resulting candidate readily grabbed onto the target—so much so that it needed just a tiny amount. Speaking to MIT Technology Review, Baker said the AI seemed to pull protein drug solutions “out of thin air.

“These works reveal just how powerful diffusion models can be for protein design,” said study author Dr. Joseph Watson.

Do AIs Dream of Molecular Sheep?

Baker’s lab isn’t the only one chasing AI-based protein drugs.

Generate Biomedicines, a startup based in Massachusetts, also has its eyes on diffusion models for generating proteins. Dubbed Chroma, their software works similarly to RF Diffusion, including the generated proteins adhering to biophysical constraints. According to the company, Chroma can generate large proteins—over 4,000 amino acid residues—in just a few minutes on a GPU (graphics processing unit).

While just ramping up, it’s clear that the race for on-demand protein drug design is on. “It’s extremely exciting,” said David Juergens, author of the RF Diffusion study, “and it’s really just the beginning.”

Image Credit: Ian Haydon / Institute for Protein Design / University of Washington




Moscow.media
Частные объявления сегодня





Rss.plus



Представители «Метровагонмаш-Сервиса» посетили СЛД «Москва-Сортировочная» филиала «Московский» компании «ЛокоТех-Сервис» для обмена опытом

Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует: За полгода 14,9 тысячи жителей Московского региона оформили страховую пенсию в автоматическом режиме на портале госуслуг

Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует: С начала 2024 года 140 тысяч женщин и новорожденных Московского региона получили услуги по родовым сертификатам

Отрытый конкурс красоты и таланта «Одна на миллион»


22 июля Всемирный день мозга. Отвечаем на популярные вопросы о когнитивных расстройствах 

Приплыли… Какие инфекции обитают в воде

В Московской области сотрудники Росгвардии задержали подозреваемого в краже партии товаров.

Новая летняя коллекция Khy


England U20 overpower France to be crowned world champions

Suspect arrested for ‘threatening to kill Trump and his VP pick JD Vance’ in Florida days after assassination attempt

Mikel Arteta demands more Arsenal signings as he gives cryptic update on Riccardo Calafiori transfer

Exclusive - Sayantani Ghosh expresses happiness as sets of her show Dahej Daasi shifted close to her home; says 'I've been manifesting this for quite some time now'


В Домодедово сотрудники Росгвардии задержали подозреваемого в краже партии товаров.

В городском округе Домодедово проведена агитационно-разъяснительная работа с населением о сохранности имущества.

Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует: С начала 2024 года 140 тысяч женщин и новорожденных Московского региона получили услуги по родовым сертификатам

Подтверждена совместимость операционной системы AlterOS и офисного пакета AlterOffice с МИС «Ариадна»


Today's Wordle answer for Saturday, July 20

D&D's new 2024 Player's Handbook will have 10 species to choose from including goliaths, and drow will be closer to their Baldur's Gate 3 version

Warner Bros acquires MultiVersus devs as it shifts focus to free-to-play

Conscript is an old school survival horror game where the horror is just that you're in World War 1



Спортивные игры в СЛД "Москва-Сортировочная" филиала "Московский"

Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует: С начала 2024 года 140 тысяч женщин и новорожденных Московского региона получили услуги по родовым сертификатам

Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует: За полгода 14,9 тысячи жителей Московского региона оформили страховую пенсию в автоматическом режиме на портале госуслуг

Путин назначил Романа Курынина замглавы МЧС России




«Два удара в печень». Муж зарезал супругу в ТЦ

Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует: С начала 2024 года 140 тысяч женщин и новорожденных Московского региона получили услуги по родовым сертификатам

Прощай, ЕС! Россия будет поставлять газ в Иран по сверхмощному трубопроводу

Спортивные игры в СЛД "Москва-Сортировочная" филиала "Московский"


Жительница Шатуры спрятала в детской кровати более 130 свертков с наркотиками

Заставить блогеров жертвовать на социальные проекты предложили в России

Ученый Бычков назвал причину появления шаровых молний в Москве

Пьяного водителя грузовика со стрельбой задержали воронежские полицейские 


Синнер не смог вылететь на Олимпиаду в Париж из-за проблем со здоровьем

Саснович уступила в финале турнира WTA-250 в Будапеште

Тарпищев: Рублёву надо не играть, а заняться своим здоровьем

Теннисист Медведев получил пятый номер посева на Олимпиаде в Париже


Мавроди после своей смерти оставил долги почти на 1,6 млрд рублей

В «Сокольниках» пройдёт праздник «Танцевальные истории «Московского долголетия»

Зотов высказался о победе «Рубина» со счётом 4:2

Московские клиники могут получить гранты на научные исследования


Музыкальные новости

Дистрибьюция Музыки

Книжный обзор: простуженный Фрэнк Синатра, кофейня в Киото и сибирские шаманы

Певец Shaman получил звание заслуженного артиста РФ

Юрий Лоза о «Спартаке»: «Каждый год болельщики верят в чемпионство, но его нет. Идеальный тренер – бывший спартаковец. Станкович будет ставить югославский футбол»



Путин назначил Романа Курынина замглавы МЧС России

Спортивные игры в СЛД "Москва-Сортировочная" филиала "Московский"

Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует: За полгода 14,9 тысячи жителей Московского региона оформили страховую пенсию в автоматическом режиме на портале госуслуг

Представители «Метровагонмаш-Сервиса» посетили СЛД «Москва-Сортировочная» филиала «Московский» компании «ЛокоТех-Сервис» для обмена опытом


Собянин: Жители районов ВАО получат прямой трамвайный маршрут к Курскому вокзалу

Собянин сообщил о планах по созданию пешеходных зон возле причалов Москвы

В Домодедово сотрудники Росгвардии задержали подозреваемого в краже партии товаров.

Релиз трека. Релиз новой песни. Релиз сингла. Релиз Музыкального альбома.


На автотрассе М-12 Москва – Казань МТС завершила строительство инфраструктуры связи

Источник 360.ru: подросток пострадал в ДТП с иномаркой в Москве

Источник 360.ru: на парковке рядом с «Охотным рядом» загорелась Mitsubishi

Обзор Changan CS55 Plus


Путин назначил Романа Курынина замглавы МЧС России

Что изменилось: как приобрести квартиру по льготной программе

Заинтересовавший Владимира Путина хит презентовали на радио

Путин назначил экс-главу Росздравнадзора Москвы Курынина замминистра МЧС России


Врач Болибок: в РФ не ожидается эпидемии листериоза, подобной коронавирусной




Новые лифты установили в МОЦОМД по программе «Здравоохранение Подмосковья»

Врач Болибок: в РФ не ожидается эпидемии листериоза, подобной коронавирусной

Serensia Woods на острове Хэнцинь - новый стандарт в сфере медицины и отдыха

22 июля Всемирный день мозга. Отвечаем на популярные вопросы о когнитивных расстройствах 


Мэрия Киева заставили застройщика восстановить усадьбу Зеленских

Политолог Зеленков: Зеленский понимает, что Трамп прекратит помогать Киеву

В Киеве нашли подозреваемого в сносе исторической усадьбы Зеленских

Власти Киева подадут в суд против застройщика, который снес усадьбу Зеленских — Кличко


Спортсменки из Красногорска выиграли «Кубок футбольных мам» в Коломне

Росгвардейцы обеспечили безопасность во время футбольных матчей в Москве

Спортивные игры в СЛД "Москва-Сортировочная" филиала "Московский"

Президент Федерации дзюдо России: «Вся страна поддержала позицию, которую заняли наши спортсмены»


«Мы заякорились». Лукашенко призвал найти пути сотрудничества с Евросоюзом



Собянин: Технопарки помогают развивать научно-промышленный потенциал Москвы

Сергей Собянин: С 2010 года в Москве благоустроены 42 набережные

Сергей Собянин. Главное за день

Собянин: В Таганском районе реализовали ряд инфраструктурных проектов


3 завтрака на лето из разных уголков страны

Станислав Кондрашов Тельф АГ Tokyo Steel вводит инновации в производство экологически чистой стали

Дачи на побережье Северного Ледовитого океана: к чему приведет глобальное потепление

Очистные сооружения от завода «ТехВодПолимер»


«Ключевые моменты». Как получить вторую ипотеку при незакрытой первой?

В Кремле призвали не делать из Арктики "землю раздора" после нового шага Пентагона

В «Сокольниках» пройдёт праздник «Танцевальные истории «Московского долголетия»

Глава Бурятии возглавит новую комиссию Госсовета РФ по транспортной системе


Сергей Собянин. Главное за день

В Архангельске стартовала Соловецкая регата

В Архангельской области обнаружили ручную гранату времен Великой Отечественной войны

Спортсмен из сборной Архангельской области стал победителем масс-старте в Малиновке


Выставка-признание «Жизнь как струна».

«Июльский зной». Цены на «однушки» в Симферополе сильно подогрелись, но не закипели

В г.Геленджике состоялся Открытый чемпионат Краснодарского края по фланкировке казачьей шашкой, 2024г

Выставка-реклама «Галерея книжных новинок»


Пьяного водителя грузовика со стрельбой задержали воронежские полицейские 

«Два удара в печень». Муж зарезал супругу в ТЦ

Ушел из жизни легендарный ректор Кемеровского государственного университета Юрий Александрович Захаров

Военнослужащие по контракту в Москве получат от 5,2 млн рублей в первый год












Спорт в России и мире

Новости спорта


Новости тенниса
Леандер Паес

Паес и Амритрадж введены в Зал теннисной славы в Ньюпорте






Жительница Шатуры спрятала в детской кровати более 130 свертков с наркотиками

Загадки человечества с Олегом Шишкиным — Мегатюрьма (23.07.2024)

Ученый Бычков назвал причину появления шаровых молний в Москве

«Два удара в печень». Муж зарезал супругу в ТЦ