OpenAI в сотрудничестве с биотехнологической компанией Retro Bio представили уникальную разработку в области искусственного интеллекта — специализированную версию GPT-4b micro, которая специально предназначена для решения сложных задач в области белковой инженерии и клеточного программирования. Эта модель значительно отличается от традиционных ИИ-технологий, так как была обучена на обширных массивах данных, включающих белковые последовательности, их функциональные описания, а также токенизированные 3D-структуры белков. Такой подход позволяет GPT-4b micro работать с «неупорядоченными» белками, что особенно важно для понимания их ролей в клетке, поскольку многие важные белки не имеют строго упорядоченных структур.
Используя возможности GPT-4b micro, ученые смогли разрабатывать и усовершенствовать белки – в частности, факторы Яманаки, — которые играют ключевую роль в регенеративной медицине. Эти факторы — белки, открытые нобелевским лауреатом Синья Яманака, — способны превращать зрелые клетки в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК). В лабораторных условиях новые версии факторов Яманаки показывали более высокие показатели эффективности: увеличение экспрессии маркеров перепрограммирования более чем в 50 раз по сравнению с исходными белками. Также было доказано, что созданные белки способствуют более быстрому восстановлению повреждений ДНК, а клетки, перепрограммированные с их помощью, демонстрировали повышенный потенциал к омоложению.
Эти результаты были получены на клетках различных доноров и типов, что свидетельствует о универсальности подхода. Более того, полученные стволовые линии сохраняли свою плюрипотентность — способность развиваться во все типы клеток организма — и сохраняли генетическую стабильность при многократных делениях, что является ключевым аспектом применимости в клинической практике. Гол́убая линия экспериментов — создание новых белков — продемонстрировала, что GPT-4b micro может генерировать белковые последовательности, отличающиеся от природных на сотни аминокислот, при этом сохраняя или даже повышая эффективность функций.
Например, среди новых вариантов белка SOX2 более 30% конструкций превосходили природный аналог по показателям эффективности, что значительно повышает шансы применения таких белков в терапевтических целях. В традиционных методах биоинженерии успешных результатов достигают менее 10%, что делает достижения GPT-4b micro революционными. Аналогично, сервер KLF4 показывал эффективность почти в 50%, что приближает возможности синтеза белков к новым уровням. Комбинирование новых вариантов этих белков ускоряло процессы клеточной перепрограммировки: маркеры плюрипотентности появлялись раньше, чем в контролируемых условиях. Уже через 12 дней в культурах наблюдалось массовое формирование колоний стволовых клеток, а более 85% из них показывали активность генов, важных для поддержания стволовой линии.
Особое значение имеют новые свойства белков, полученных с помощью GPT-4b micro. Например, обработка клеток коктейлем, содержащим комбинацию RetroSOX и RetroKLF, уменьшала повреждения ДНК, что подтверждалось по маркеру γ-H2AX. Этот аспект особенно важен для борьбы со старением и развития антистарительных терапий, так как снижение повреждений ДНК способствует сохранению генетической стабильности. Полученные стволовые клетки демонстрировали способность дифференцироваться во все три зародышевых слоя, что подтверждает их полнофункциональную потенцию. Благодаря стабильности генома и высокой эффективности редактирования, такие клетки перспективны для использования в регенеративной медицине, кардиологии, неврологии и других сферах.
Важно отметить, что GPT-4b micro отличается от модели AlphaFold, которая занимается прогнозированием структуры белка. В то время как AlphaFold помогает понять зачем существует тот или иной белок, GPT-4b micro создает новые белки с заданными свойствами для выполнения конкретных задач. Это открывает перспективы для разработки новых лекарств, биосинтетических аппаратов и методов восстановления тканей. На данный момент GPT-4b micro еще не доступен для общего пользования, а разработчики планируют тщательное тестирование и публикацию результатов будущих исследований, чтобы обеспечить безопасность и эффективность применения этой технологии.
Таким образом, GPT-4b micro становится мощным инструментом для будущих прорывов в области белковой инженерии, клеточных технологий и терапии, расширяя границы возможного в regenerative medicine и биотехнологиях. Его развитие обещает революцию в создании новых методов лечения и восстановлении здоровья, делая невозможное возможным.
