Роботологи — естественное продолжение тенденции все более широкого использования автоматизации в науке. Они могут автоматически разрабатывать и проверять гипотезы для объяснения наблюдений, проводить эксперименты с использованием лабораторной робототехники, интерпретировать результаты для корректировки своих гипотез, а затем повторять цикл, автоматизируя высокопроизводительные исследования на основе гипотез. Ученые-роботы также хорошо подходят для записи научных знаний: поскольку эксперименты задуманы и выполняются автоматически компьютером, можно полностью фиксировать и в цифровом виде курировать все аспекты научного процесса.В 2009 году Адам, ученый-робот, разработанный исследователями из университетов Аберистуита и Кембриджа, стал первой машиной, которая самостоятельно открыла новые научные знания.
Эта же команда разработала Eve из Манчестерского университета, цель которой — ускорить процесс открытия лекарств и сделать его более экономичным. В опубликованном сегодня исследовании они описывают, как робот может помочь определить новые многообещающие лекарства-кандидаты от малярии и забытых тропических болезней, таких как африканская сонная болезнь и болезнь Шагаса.«Заброшенные тропические болезни — это бедствие человечества, которое поражает сотни миллионов людей и убивает миллионы людей каждый год», — говорит профессор Стив Оливер из Кембриджского центра системной биологии и факультета биохимии Кембриджского университета. «Мы знаем, что вызывает эти заболевания, и что теоретически мы можем атаковать вызывающих их паразитов с помощью низкомолекулярных препаратов.
Но стоимость и скорость открытия лекарств и экономическая отдача делают их непривлекательными для фармацевтической промышленности."Ева использует свой искусственный интеллект, чтобы извлекать уроки из первых успехов в ее проверках и выбирать соединения, которые с высокой вероятностью будут активны против выбранной лекарственной мишени.
Используется интеллектуальная система проверки, основанная на генно-инженерных дрожжах. Это позволяет Еве исключать соединения, которые являются токсичными для клеток, и выберите те, которые блокируют действие белка паразита, оставляя любой эквивалентный человеческий белок невредимым. Это снижает затраты, неопределенность и время, затрачиваемые на скрининг лекарств, и может улучшить жизнь миллионов люди во всем мире ".Eve предназначена для автоматизации разработки лекарств на ранних стадиях.
Во-первых, она систематически тестирует каждого члена из большого набора соединений стандартным методом грубой силы обычного массового скрининга. Соединения подвергаются скринингу с помощью анализов (тестов), предназначенных для автоматической разработки, и могут быть получены намного быстрее и дешевле, чем специальные анализы, которые в настоящее время являются стандартными. Это позволяет применять больше типов анализов, более эффективно использовать средства для скрининга и, таким образом, увеличивает вероятность открытия в рамках заданного бюджета.
Роботизированная система Евы способна проверять более 10 000 соединений в день. Однако, несмотря на простоту автоматизации, массовый скрининг по-прежнему является относительно медленным и расточительным, поскольку проверяется каждое соединение в библиотеке. Он также неразумен, поскольку не использует то, что узнал во время просмотра.
Чтобы улучшить этот процесс, Ева случайным образом выбирает подмножество библиотеки, чтобы найти соединения, которые прошли первый анализ; любые «совпадения» повторно проверяются несколько раз, чтобы уменьшить вероятность ложных срабатываний. Взяв этот набор подтвержденных совпадений, Ева использует статистику и машинное обучение, чтобы предсказать новые структуры, которые могут быть лучше оценены по результатам анализов. Хотя в настоящее время у нее нет возможности синтезировать такие соединения, будущие версии робота потенциально могут включать эту функцию.Профессор Росс Кинг из Манчестерского института биотехнологии при Манчестерском университете говорит: «Теперь каждая отрасль получает выгоду от автоматизации, и наука не является исключением.
Внедрение машинного обучения, чтобы сделать этот процесс интеллектуальным, а не просто« грубой силой » подход — может значительно ускорить научный прогресс и потенциально принести огромные плоды ".Чтобы проверить жизнеспособность этого подхода, исследователи разработали тесты, нацеленные на ключевые молекулы паразитов, вызывающих такие заболевания, как малярия, болезнь Шагаса и шистосомоз, и протестировали против них библиотеку из примерно 1500 клинически одобренных соединений. Этим Ева показала, что соединение, которое ранее было исследовано как противораковое лекарство, ингибирует ключевую молекулу, известную как DHFR, у малярийного паразита. Лекарства, ингибирующие эту молекулу, в настоящее время обычно используются для защиты от малярии, и их принимают более миллиона детей; однако появление штаммов паразитов, устойчивых к существующим лекарствам, означает, что поиск новых лекарств становится все более актуальным.
«Несмотря на обширные усилия, никому не удалось найти новое противомалярийное средство, которое нацелено на DHFR и способно пройти клинические испытания», — добавляет профессор Кинг. «Открытие Евы может быть даже более значительным, чем просто демонстрация нового подхода к открытию лекарств».Исследование поддержано Биотехнологией.
Совет по исследованию биологических наук и Европейская комиссия.