На программе «Большие вызовы» команда в направлении «Природоподобные и нейротехнологии» создаёт ИИ‑помощника, который ускорит создание лекарств и поможет разобраться в механизмах зрения.
Прототип, над которым работает команда, призван существенно ускорить один из самых трудоёмких этапов в разработке лекарств — отбор кристаллов белков для структурного анализа. В перспективе технология будет применяться для работы с человеческими белками — именно знание их структуры позволяет учёным проектировать препараты, которые точно попадают в нужную мишень в организме.
Особое значение эта работа имеет для изучения и лечения заболеваний зрения. В основе восприятия света лежит работа особых белков — например, родопсина в сетчатке глаза. Чтобы понять, как он функционирует и как его работу можно скорректировать при патологиях, необходимо детально изучить его пространственную структуру. Классический путь к этому — анализ кристаллов белка, но на практике отбор подходящих образцов остаётся ручной и очень кропотливой задачей: учёным приходится проводить целый ряд лабораторных работ и детально рассматривать микроснимки.
Команда школьников под руководством учёных Курчатовского института создаёт инструмент на базе компьютерного зрения, который сможет автоматически анализировать сотни микроснимков, быстро и точно выделять качественные кристаллы и давать понятные описания увиденного. В перспективе это существенно сократит рутинную работу и ускорит путь к созданию реального лекарства.
Разработка такого инструмента — это действующий проект Курчатовского института, в который включили участников программы «Большие вызовы».
Чтобы научить систему «видеть» кристаллы белков, школьники используют не родопсин, а его модельный «двойник» — лизоцим. Его проще синтезировать в лаборатории и получить хорошие кристаллы, поэтому именно на нём ребята тренируют алгоритмы компьютерного зрения. Подход, отработанный на лизоциме, применим и к другим белкам. После отработки на модельном объекте эту же систему можно будет адаптировать под родопсин.
«В проекте сочетают классические методы структурной биологии с современными ИИ‑технологиями. Новизна исследования — в практической проверке возможностей Vision LLM для решения узкой научной задачи: мы смотрим, насколько точно такие модели распознают кристаллы белка и описывают их дефекты, и напрямую сравниваем их с традиционными подходами на базе свёрточных сетей», — рассказывает руководитель проекта, инженер‑исследователь в НИЦ «Курчатовский институт» Даниил Мусин.
Яна Смирнова учится на экспериментальном ИТ‑специалитете в Научно‑технологическом университете «Сириус» и участвует в проекте, где технологии объединены с биологией. Любовь к науке ей привила мама — преподаватель, эксперт в генетике и биомедицине. Сейчас Яна как раз объединяет эти сферы в своей проектной работе.
«До этого проекта я изучала теорию о физике кристаллов, но никогда не занималась кристаллизацией вручную. Сейчас мы уже начали готовить препараты — это очень кропотливый процесс, где важна предельная аккуратность и точность. Признаюсь, поначалу было волнительно, но это невероятно интересно!» — делится Яна.
В команде работает участница из Казахстана — Назима Худайбергенова.
«Мне очень нравится участвовать в социальных проектах — в тех, которые действительно могут помочь людям. В рамках своего конкурсного проекта я создала прототип бионического глаза с камерой: тогда это была преимущественно инженерная задача. Сейчас я отвечаю за биологическую и частично инженерную часть проекта. Я бы очень хотела продолжить работу над ним после завершения программы: за 24 дня сложно успеть реализовать всё задуманное. Это по-настоящему перспективная разработка — она способна существенно облегчить работу учёных», — рассказывает Назима.
После доработки результатов команда планирует подать заявку на патент. Кроме того, готовится к выпуску научная статья, соавторами которой станут юные участники проекта.
