В Сириусе команда школьников на программе «Большие вызовы» работала над инструментом, который позволяет ускорить поиск перспективных антител для будущих лекарств. При разработке терапевтических антител необходимо синтезировать и проверять сотни молекул-кандидатов, что требует значительных ресурсов и времени от фармацевтических компаний.
Участники разработали программный пайплайн, который будет анализировать последовательности антител, строить филогенетические деревья и находить мутации. Итогом работы стал выходной файл со всеми выявленными мутациями и сопутствующей полезной информацией — такие данные будут полезны учёным и структурным биоинформатикам.
Препараты на основе антител (моноклональные антитела) применяют для лечения онкологических и аутоиммунных заболеваний, а также в диагностике. Фармацевтические компании вкладывают значительные ресурсы в их разработку: такие препараты отличаются высокой специфичностью и позволяют точечно воздействовать на мишени в организме.
При разработке лекарств важно разобраться, как антитела взаимодействуют на мишени — возбудители болезней — и какие изменения (мутации) влияют на это связывание. Найти антитела, направленные против раковых клеток, можно с помощью экспериментов, но такой путь требует много времени и ресурсов. Применение одних только нейросетей пока не даёт достаточно надёжных решений. Команда проекта предложила решение, совмещающее вычислительные и биологические подходы. Филогенетический анализ экспериментальных данных помогает быстрее и точнее отбирать перспективные варианты антител.
«Мы сформировали тренировочный датасет на основе экспериментальных данных об антителах из открытых авторитетных источников. С его помощью построили филогенетические деревья — они помогают восстановить историю мутаций антител. Наша гипотеза состоит в том, что участки, где происходили мутации, играют важную роль в связывании антител с мишенями. Мы выделяли наиболее перспективные мутации и кандидатов — варианты антител. Результаты можно передавать структурным биоинформатикам для дальнейшей доработки: так им не придётся проверять все антитела вручную — достаточно будет работать с сокращённым списком перспективных вариантов», — поясняет руководитель проекта и отдела разработки биоинформатического программного обеспечения компании BIOCAD Константин Тыщук.
BIOCAD является партнёром «Больших вызовов» уже не первый год, компания предоставляет несколько проектов для разных направлений. Сотрудники BIOCAD предлагают школьникам инновационные задачи, чтобы они могли творчески подойти к нестандартной проблеме и гордиться результатом, который зависит именно от их решений.
«Проект интересен мне не только тем, что объединяет две перспективные области — генетику и информационные технологии, но и самой организацией работы. У нас есть свобода действий: мы сами определяем ход исследования. Для начинающих исследователей это необычный опыт — когда тебе действительно доверяют управлять процессом. Именно так и приходит понимание, что ты — важная часть команды», — говорит участница проекта Ксения Сигалаева из Москвы.
Команда работала над сложным научно‑исследовательским проектом. Итогом работы стал готовый пайплайн: он принимает на вход экспериментальные данные о наборе антител в организме, фильтрует их и сравнивает с эталонными образцами. Затем программа строит филогенетическое дерево — то есть реконструирует эволюцию антител в организме. В результате пайплайн выделяет участки в структуре антител, где происходил отбор наиболее эффективных вариантов.
Полученные данные команда передаст структурным биоинформатикам компании BIOCAD для дальнейшего изучения.
