ИИ научился предсказывать функции ферментов

Американские ученые разработали алгоритм на основе машинного обучения, который умеет предсказывать функции ферментов по их последовательности. В будущем исследователи планируют обучить ИИ предсказывать функции и других белков. Работа опубликована в журнале Science.

Благодаря развитию геномики ученые смогли найти и определить последовательности многих ферментов. При этом все еще не хватает информации об их функциях. Для этого уже разработаны вычислительные алгоритмы, которые пытаются определить, какую реакцию катализируют ферменты. Они основываются на поиске сходств в каталоге с уже известными ферментами. Такой подход вызывает трудности при работе с малоизученными или многофункциональными ферментами.

Американские ученые разработали новый алгоритм CLEAN на основе машинного обучения, использовав технику сравнительного обучения (contrastive learning). Особенностью подхода является то, что ИИ при сравнении данных ищет не только сходства, но и различия. Ученые показали, что их алгоритм работает корректно, сравнивая его предсказания с результатами экспериментов in vitro. При этом новый алгоритм не только правильно определял функции ранее неизвестных ферментов, но и исправлял ошибки, которые были допущены при характеризации уже известных ферментов другими программами. Так, ученые исправили аннотации нескольких ферментов, которые выполняли больше двух функций.

Сейчас ученые разрабатывают веб-интерфейс для алгоритма CLEAN, чтобы им могли воспользоваться другие биологи. Все, что им нужно будет сделать, — это ввести в поисковую строку сервиса последовательность фермента, и они получат сведения о его возможных функциях.

В будущем исследователи намерены улучшить работу алгоритма и расширить его возможности, чтобы предсказывать функции других белков, например рецепторов и транскрипционных факторов. Также ученые хотят разработать такой алгоритм, который бы при введении определенной химической реакции предлагал ферменты, способные ее осуществить.