Подобно тому, как Apple Watch отслеживает физическую активность, а ChatGPT может создавать индивидуальные планы питания, биомедицинские исследователи скоро смогут использовать возможности искусственного интеллекта для исследований и лечения пациентов. Ученые смогут, например, задавать вопросы в разговорном интерфейсе о реализуемости гипотезы или о том, как лучше скорректировать экспериментальные методы. Клиницисты смогут с помощью AI-ассистента предсказывать эффективность конкретных терапевтических курсов или потенциальные мутации в опухолях.
Все эти возможности являются частью концепции «виртуальных моделей клеток» — AI-управляемой биологической платформы, разработанной инициативой Chan Zuckerberg Initiative (CZI), которая сделает предиктивные модели клеток доступными для научного сообщества. Эксперты называют это «платформизацией цифровой биологии».
На саммите STAT Breakthrough West 2024 в Сан-Франциско обсуждалось, что такое виртуальные клетки, каким образом создание цифровой биологической платформы приведет к новым открытиям в области здоровья и болезней и как это связано с миссией CZI — помочь ученым лечить, предотвращать и контролировать все заболевания к концу века.
Что такое виртуальные модели клеток?
По определению CZI, виртуальные модели клеток — это симуляции, обученные на данных клеточной биологии, с целью прогнозирования поведения здоровых и больных клеток.
Теоретически такие симуляции позволят прогнозировать гипотетические исходы: как клетки взаимодействуют друг с другом, реагируют на стимулы (например, новые лекарства или изменения окружающей среды) и как они существуют в сложной системе геномов, транскриптомов и протеомов. Виртуальные клетки дают возможность создавать бесконечные сценарии тестирования с меньшими рисками и затратами по сравнению с экспериментами in vivo и in vitro.
Интерес к этим моделям проявляют исследователи, клиницисты и пациенты — каждый по своим причинам. Поэтому CZI стремится сделать «виртуальную клеточную платформу» открытой для широкого научного сообщества, позволяя проводить in silico эксперименты и открывать новые знания о биологии.
Три ключевых компонента: данные, модели и вычисления
С 2016 года CZI создала сильную внутреннюю команду, которая включает вычислительных биологов, программистов, менеджеров продуктов и исследователей. Совместно с партнерами и грантополучателями инициатива сосредоточилась на задачах AI, включая приглашение внешних консультантов и создание инфраструктуры.
Основные направления работы — сбор и создание биологических данных, разработка продвинутых моделей и создание вычислительной инфраструктуры, основанной на сотрудничестве.
- Данные: CZI собрала и агрегировала информацию почти о 100 миллионах клеток в рамках платформы Chan Zuckerberg CELL by GENE, которая позволяет ученым обрабатывать высокоразмерные данные по отдельным клеткам. Для обучения виртуальных клеток также используются ресурсы Biohub Network, включая клеточный атлас Tabula Sapiens и протеиновый атлас OpenCell.
- Модели: Создаются продвинутые модели, объединяющие различные типы данных, включая секвенирование, визуализацию и научную литературу. Это позволяет комплексно измерять и описывать характеристики клеток, усиливая понимание биологии.
- Вычисления: В сентябре 2023 года CZI объявила о создании высокопроизводительного вычислительного кластера с более чем 1000 GPU, что сделает его одним из крупнейших в мире, выделенных для научных исследований в области биологии.
Доступность мощностей особенно важна, поскольку сегодня многие исследователи ограничены в вычислительных ресурсах, что тормозит научный прогресс.
Если все компоненты будут успешно реализованы, виртуальная клеточная платформа станет полноценным инструментом для биологических исследований, который будет постоянно улучшаться и тестироваться совместно с внешними экспертами и партнерами.
Приверженность открытой науке
Во всех звеньях CZI и Biohub Network ученых поощряют к сотрудничеству через дисциплины и публикации результатов на препринт-серверах bioRxiv и medRxiv. Поддержка открытого доступа ускоряет достижения в области машинного обучения и биологии.
В рамках проекта виртуальных клеток CZI придерживается принципов открытости: данные и предиктивные модели будут доступны научному сообществу, а отзывы пользователей помогут сделать платформу лучше. Открытый подход является ключевым в стратегии дальнейшего развития и внедрения инноваций.
Упрощение взаимодействия с технологией
Хотя создание и анализ данных, моделирование и вычисления — сложны технически, интерфейс платформы должен быть интуитивно понятным для исследователей, чтобы они могли работать с системой как с надежным научным помощником.
Благодаря интеграции знаний и моделей, проект обеспечивает возможность биологам и другим специалистам проводить анализ и получать новые инсайты значительно быстрее и эффективнее.
Заключение
Разработка виртуальной клеточной платформы Chan Zuckerberg Initiative открывает новые перспективы в биомедицинских исследованиях и клинической практике. Комплексный подход, основанный на объединении данных, моделей и вычислительных ресурсов, позволит повысить скорость и точность научных открытий. Приверженность открытой науке и интуитивная доступность платформы обеспечивают широкое и эффективное применение технологии.
Таким образом, будущее науки — в тесном сотрудничестве человека и искусственного интеллекта, позволяющем создавать инновационные методы диагностики и терапии, ведущие к улучшению здоровья и качества жизни.
Прокомментировать в Телеграм: https://t.me/n8nhow
Подписаться на канал обучения n8n: https://t.me/n8ncoaching