Премия Ласкера 2023 года вручается, среди прочего, создателям искусственного интеллекта по предсказанию структуры белков

Разработчики AlphaFold, системы искусственного интеллекта для прогнозирования трехмерной структуры белков, вошли в число лауреатов премии Фонда Ласкера 2023 года. Награды также были вручены изобретателям оптической когерентной томографии — технологии, которая изменила область офтальмологии, а также учёному с долгой и легендарной карьерой, сделавшему важные открытия во многих областях, включая онкологию и паразитологию.

Фонд Ласкера с 1945 года присудил более 410 премий в знак признания ученых, чей вклад продвинулся в понимании здоровья человека и биологии, а также улучшил диагностику, лечение и профилактику заболеваний человека.

В этот длинный список победителей теперь вошли Демис Хассабис и Джон Джампер из Google DeepMind, получившие премию Альберта Ласкера за фундаментальные медицинские исследования за разработку AlphaFold, системы искусственного интеллекта для прогнозирования трехмерной структуры белков на основе их аминокислотных последовательностей. Их работа решила давнюю проблему предсказания структуры, которая десятилетиями преследовала исследования белков. Сложность трехмерных белковых структур и огромное количество возможных конформаций означали, что ученым приходилось использовать трудоемкие экспериментальные подходы, чтобы попытаться определить правильную архитектуру изучаемых ими белков.

Вычислительные методы, разработанные для предсказания структуры, имели некоторый успех. Например, один из подходов, разработанный Дэвидом Бейкером в Вашингтонском университете, использовал короткие сегменты белков из банка данных белков для прогнозирования архитектуры белков, но эта стратегия была медленной и не имела широкого применения к белкам.

Ситуация изменилась в 2018 году, когда Хассабис, Джампер и их команда выпустили AlphaFold. Их первая итерация решения, AlphaFold1, превзошла другие подходы к компьютерному прогнозированию белков в 13-м выпуске конкурса «Критическая оценка прогнозирования структуры», инициативы сообщества, проводимой два раза в год и предлагающей участникам использовать свои методы для прогнозирования белковых структур непосредственно на основе аминокислотных последовательностей. В задаче использовались белки, структура которых была решена экспериментально, но еще не обнародована. Судьи сравнили представленные конструкции с экспериментальным ответом и оценили их.

После раннего успеха Хассабис, Джампер и их команда продолжили совершенствовать AlphaFold, используя сочетание вычислительных стратегий и коллективного знания о белках и их структуре. Внесенные ими изменения включали в себя разрешение базовой сети корректировать расчеты в любой момент процесса прогнозирования. Они также отдали предпочтение трехмерным взаимоотношениям между аминокислотами и субъединицами белка, а не линейной близости.

Эти изменения окупились сторицей, поскольку обновленная система AlphaFold2 позволила более точно предсказать структуру даже белков, у которых отсутствует матрица. В 2020 году во время CASP14 он снова превзошел другие методы. И команда DeepMind не остановилась на достигнутом. К 2021 году они предсказали структуры 350 000 белков, включая примерно 20 000 белков, составляющих протеом человека. В том же году они опубликовали подробности метода в журнале бумага в Природа. Еще более впечатляющим является то, что ученые теперь использовали AlphaFold2 для предсказания структур примерно 200 миллионов белков, полученных из всех организмов, секвенированных на сегодняшний день. Все эти данные общедоступны, и к ним получили доступ более миллиона исследователей по всему миру для проектов по разработке вакцин и лекарств, а также для разработки генной терапии, среди прочего.

В этом году Фонд Ласкера также чествует Джеймса Дж. Фудзимото, доктора философии, Дэвида Хуанга, доктора медицинских наук, и Эрика А. Суонсона. Трио разделяет премию Ласкера-Дебейки за клинические медицинские исследования 2023 года за изобретение оптической когерентной томографии (ОКТ) — технологии, которая использует световые лучи для визуализации микроскопических структур в тканях тела.

Наибольшее влияние эта технология оказала в области офтальмологии, где она используется для быстрого выявления состояний, которые приводят к нарушению зрения, включая диабетическую ретинопатию, глаукому и дегенерацию желтого пятна, часто до того, как у пациентов появятся физические симптомы. Помимо офтальмологии, эта технология также используется для оценки заболеваний сердца, мозга, кожи и пищеварительного тракта. Специалисты по сердечно-сосудистым заболеваниям все чаще используют ОКТ для оценки накопления бляшек и определения расположения стентов внутри заблокированных артерий. ОКТ также используется для диагностики рака кожи и измерения нейродегенерации, вызванной рассеянным склерозом и другими неврологическими состояниями.

Разработка ОКТ возникла из-за интереса Фудзимото к поиску практического применения сверхбыстрых лазеров, генерирующих чрезвычайно короткие импульсы света. Он нанял Хуанга и Суонсона для работы с ним над возможным применением этих лазеров в глазной хирургии и для измерения толщины структур глаза. Вместе они разработали то, что впоследствии стало первой системой ОКТ, которая сканировала луч света через тканевые структуры для получения изображений, которые могли выявить микроскопические структуры внутри сетчатки и коронарной артерии. Свою первую статью по этой методике они опубликовали в 1991 году.

Технология прошла долгий путь с момента своего появления. Важным применением является его использование при стратификации пациентов с возрастной дегенерацией желтого пятна для лечения антителами против VEGF. Лечение блокирует неправильное образование кровеносных сосудов, которое характеризует это состояние и может вызвать слепоту, но помогает не всем пациентам. ОКТ помогает врачам определить, каким пациентам терапия будет наиболее полезна и когда необходимо дополнительное лечение.

«Для меня большая честь получить премию Ласкера-Дебейки вместе с моими коллегами-соавторами ОКТ», — Хуанг, ныне директор по исследованиям и заместитель директора Глазного института Кейси OHSU, а также профессор офтальмологии и биомедицинской инженерии в Медицинской школе OHSU. , – говорится в сообщении. Он продолжает совершенствовать технологию посредством исследований в Центре офтальмологической оптики и лазеров OHSU. Свенсон и Фудзимото оба работают в Массачусетском технологическом институте.

«ОКТ, возможно, не так хорошо известна, как другие основные методы визуализации, такие как МРТ или КТ, но если у вас серьезное заболевание глаз, скорее всего, вы прошли ОКТ-сканирование, чтобы помочь диагностировать и контролировать ваше состояние», — сказал Хуанг. . «Я горжусь тем, что миллионы людей получили пользу от технологии, которую я помог изобрести три десятилетия назад».

Последняя награда, Премия Ласкера-Кошланда за особые достижения в области медицинских наук, была вручена Пьеру Борсту, бывшему руководителю группы и научному директору Нидерландского института рака, в знак признания его 50-летней карьеры научных открытий, наставничества и лидерства. Помимо других открытий, его исследования помогли выяснить, как паразит, вызывающий африканскую сонную болезнь, уклоняется от иммунной системы, и дали представление об активности молекулярных насосов при устойчивости рака к лекарствам.

Победители получат свои награды на гала-церемонии в Нью-Йорке 29 сентября.