Recipe.Ru

Google Antigravity ускорила поиск потенциальных антимикробных пептидов

Google Antigravity ускорила поиск потенциальных антимикробных пептидов
Google Antigravity ускорила поиск потенциальных антимикробных пептидов

Исследователи Google DeepMind представили результаты применения агентной исследовательской платформы Google Antigravity для поиска и предварительной оценки новых антимикробных пептидов. Инструментарий объединяет анализ геномных баз данных, моделирование пространственных структур белков и подготовку лабораторных протоколов. Один из обнаруженных кандидатов уже проходит экспериментальную проверку, сообщает Google DeepMind.

Антибиотикорезистентность и неаннотированные белки

Рост устойчивости микроорганизмов к существующим антибиотикам (AMR) остаётся одной из наиболее серьёзных угроз глобальному здравоохранению. По оценке, приведённой Google DeepMind, к 2050 году антимикробная резистентность может стать причиной до 10 млн смертей ежегодно.

Одним из перспективных направлений поиска новых средств борьбы с устойчивыми инфекциями являются антимикробные пептиды (AMP), в частности бактериоцины. Эти молекулы в процессе эволюции приобрели способность воздействовать на различные уязвимые структуры конкурирующих бактерий — от клеточной оболочки до важных внутриклеточных механизмов.

При этом значительная часть природных аминокислотных последовательностей, полученных в результате геномного и метагеномного секвенирования, остаётся недостаточно изученной. Например, международная база данных UniProt содержит миллионы белковых последовательностей с неизвестными биологическими функциями.

Для решения этой проблемы Google разработала модель глубокого обучения ProtNLM (Protein Natural Language Model). Она анализирует эволюционные закономерности аминокислотных последовательностей и прогнозирует биологические функции белков непосредственно по их первичной структуре. Модель позволяет присваивать функциональные аннотации миллионам ранее неохарактеризованных записей UniProtKB/TrEMBL.

Google Antigravity: объединение вычислительных методов поиска

Платформа Google Antigravity представляет собой агентную исследовательскую среду, в которой учёный определяет биологическую задачу и направляет работу ИИ-агента. Система координирует поиск по различным базам данных, структурный анализ белков и изучение научной литературы.

В демонстрационном исследовании специалисты поставили задачу обнаружить новые антимикробные пептиды у бактерии Streptococcus pseudopneumoniae, связанной с инфекциями дыхательных путей.

В ходе интерактивной работы были выполнены следующие этапы:

  • Первичный поиск. ИИ-агент обработал миллионы записей UniProt и выделил перспективный кандидат — бактериоцин семейства Lactococcin 972 длиной 97 аминокислот (UniProt ID: A0A0U0D591).
  • Проверка последовательностной новизны. С использованием сервиса EMBL-EBI NCBI-BLAST исследователи сопоставили последовательность кандидата с курируемой базой Swiss-Prot. Значимых последовательностных гомологов среди вручную аннотированных белков обнаружено не было.
  • Структурный анализ. Агент получил предсказанную пространственную структуру белка из AlphaFold Protein Structure Database и сопоставил её с экспериментально установленными структурами. Результаты показали близкое сходство пространственной укладки кандидата с известным бактериоцином, что поддержало первоначальную функциональную гипотезу.
  • Анализ геномного окружения. Система изучила соседние гены и установила, что ген-кандидат расположен всего в 6 парах оснований перед опероном, включающим пермеазу ABC-транспортера, потенциальный АТФ-связывающий белок, другой аннотированный бактериоцин и транскрипционный регулятор семейства XRE. Такое геномное окружение служит дополнительным аргументом в пользу принадлежности молекулы к бактериоциновой системе.

От вычислительного прогноза к лабораторной проверке

На следующем этапе ИИ-агент проанализировал научную литературу и сформировал гипотезу о возможном механизме действия пептида. В частности, имеющиеся сведения указывают на потенциальное воздействие на процессы деления бактериальной клетки. Также была сформирована гипотеза о спектре активности в отношении ряда устойчивых к лекарственным препаратам патогенов.

На основе вычислительных результатов и анализа литературы платформа подготовила план экспериментальной проверки, включающий:

  • экспрессию белка;
  • определение чувствительности микроорганизмов к антимикробному воздействию;
  • проверку взаимодействия с предполагаемой молекулярной мишенью;
  • оценку токсичности in vitro.

Обнаруженный бактериоцин и несколько других кандидатов, выявленных с использованием того же исследовательского подхода, уже проходят лабораторную валидацию (wet-lab validation). Именно экспериментальные результаты должны подтвердить или опровергнуть вычислительные прогнозы.

Единая исследовательская среда для работы с белковыми структурами

Отдельным компонентом Google Antigravity стал Biomolecular Structure Viewer — инструмент трёхмерной визуализации биомолекул, интегрированный непосредственно в исследовательскую платформу.

Он позволяет учёному и ИИ-агенту совместно изучать предсказанные структуры белков, выделять функциональные участки, отмечать аминокислотные остатки и анализировать предполагаемые участки связывания. Изменения визуального представления синхронизируются с рабочим контекстом ИИ-агента, что позволяет уточнять исследовательские гипотезы непосредственно в процессе анализа.

По данным Google DeepMind, такой подход сокращает время, необходимое для предварительного отбора перспективных белковых кандидатов: вместо работы с разрозненными базами данных, специализированными программами и отдельными инструментами структурного анализа исследователь может выполнять основные вычислительные операции в рамках одной интерактивной сессии.

При этом разработчики подчёркивают, что вычислительный анализ не заменяет лабораторных исследований. Окончательная оценка антимикробной активности, безопасности и перспективности обнаруженных молекул требует экспериментального подтверждения.

Exit mobile version