Méthode unique d’IA pour générer des protéines pour accélérer le développement de médicaments

Une méthode unique d'IA pour générer des protéines accélérera le développement de médicaments

Des chercheurs de l’Université de technologie Chalmers, en Suède, présentent un moyen de générer des protéines synthétiques à l’aide de l’intelligence artificielle. La nouvelle approche a un énorme potentiel pour développer des enzymes industrielles efficaces ainsi que de nouveaux médicaments à base de protéines, tels que des anticorps et des vaccins. Image: Pixabay / Yen Strandqvist, Université de technologie de Chalmers Crédit: Pixabay / Yen Strandqvist, Université de technologie de Chalmers

L’intelligence artificielle est désormais capable de générer de nouvelles protéines fonctionnellement actives, grâce aux travaux récemment publiés par des chercheurs de l’Université de technologie Chalmers, en Suède.

«Ce que nous sommes maintenant en mesure de démontrer offre un potentiel fantastique pour un certain nombre d’applications futures, telles que le développement plus rapide et plus rentable de médicaments à base de protéines», déclare Aleksej Zelezniak, professeur agrégé au Département de biologie et de génie biologique de Chalmers .

Les protéines sont de grosses molécules complexes qui jouent un rôle crucial dans toutes les cellules vivantes, construisant, modifiant et décomposant naturellement d’autres molécules à l’intérieur de nos cellules. Ils sont également largement utilisés dans les processus et produits industriels, ainsi que dans notre vie quotidienne.

Les médicaments à base de protéines sont très courants – l’insuline, un médicament contre le diabète, est l’un des médicaments les plus prescrits. Certains des médicaments anticancéreux les plus coûteux et les plus efficaces sont également à base de protéines, ainsi que les formules d’anticorps actuellement utilisées pour traiter le COVID-19.

De la conception informatique au travail des protéines en quelques semaines seulement

Les méthodes actuelles utilisées pour l’ingénierie des protéines reposent sur l’introduction de mutations aléatoires dans les séquences protéiques. Cependant, avec chaque mutation aléatoire supplémentaire introduite, l’activité protéique diminue.

« Par conséquent, il faut effectuer plusieurs séries d’expériences très coûteuses et chronophages, criblant des millions de variantes, pour concevoir des protéines et des enzymes qui finissent par être très différentes de celles trouvées dans la nature », déclare le chef de la recherche Aleksej Zelezniak, poursuivant:

«Ce processus d’ingénierie est très lent, mais nous avons maintenant une méthode basée sur l’IA qui nous permet de passer de la conception informatique au travail des protéines en quelques semaines seulement.

Les nouveaux résultats des chercheurs Chalmers ont été récemment publiés dans la revue Intelligence artificielle de la nature et représentent une percée dans le domaine des protéines synthétiques. Le groupe de recherche et les collaborateurs d’Aleksej Zelezniak ont ​​développé une approche basée sur l’IA appelée ProteinGAN, qui utilise une approche d’apprentissage profond génératif.

En substance, l’IA dispose d’une grande quantité de données provenant de protéines bien étudiées; il étudie ces données et tente de créer de nouvelles protéines à partir de celles-ci.

Dans le même temps, une autre partie de l’IA tente de déterminer si les protéines synthétiques sont fausses ou non. Les protéines sont envoyées dans les deux sens dans le système jusqu’à ce que l’IA ne puisse plus distinguer les protéines naturelles et synthétiques.

Cette méthode est bien connue pour créer des photos et des vidéos de personnes qui n’existent pas, mais dans cette étude, elle a été utilisée pour produire des variantes de protéines très diverses avec des propriétés physiques de type naturaliste qui pourraient être testées pour leurs fonctions.

Les protéines largement utilisées dans les produits de tous les jours ne sont pas toujours entièrement naturelles, mais sont fabriquées selon des techniques de biologie synthétique et d’ingénierie des protéines. En utilisant ces techniques, les séquences de protéines originales sont modifiées dans l’espoir de créer de nouvelles variantes de protéines synthétiques qui sont plus efficaces, stables et adaptées à des applications particulières. La nouvelle approche basée sur l’IA est importante pour le développement d’enzymes industrielles efficaces ainsi que de nouvelles thérapies à base de protéines, telles que les anticorps et les vaccins.

Un modèle économique et durable

Le professeur adjoint Martin Engqvist, également du Département de biologie et de génie biologique, a participé à la conception des expériences pour tester les protéines synthétisées par l’IA.

«Accélérer la vitesse à laquelle nous concevons des protéines est très important pour réduire les coûts de développement des catalyseurs enzymatiques. C’est la clé pour réaliser des processus industriels et des produits de consommation écologiquement durables, et notre modèle d’IA, ainsi que les modèles futurs, le permettront. Notre travail est une contribution vitale dans ce contexte », déclare Martin Engqvist.

«Ce genre de travail n’est possible que dans le type d’environnement multidisciplinaire qui existe dans notre Division – à l’interface de l’informatique et de la biologie. Nous avons des conditions parfaites pour tester expérimentalement les propriétés de ces protéines conçues par l’IA», explique Aleksej Zelezniak.

La prochaine étape pour les chercheurs consiste à explorer comment la technologie pourrait être utilisée pour des améliorations spécifiques des propriétés des protéines, telles qu’une stabilité accrue, ce qui pourrait avoir de grands avantages pour les protéines utilisées dans la technologie industrielle.


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Plus d’information:
Donatas Repecka et al, Expansion des espaces de séquence de protéines fonctionnelles à l’aide de réseaux antagonistes génératifs, Intelligence artificielle de la nature (2021). DOI: 10.1038 / s42256-021-00310-5

Fourni par l’Université de technologie Chalmers

Citation: Méthode unique d’IA pour générer des protéines pour accélérer le développement de médicaments (2021, 30 mars) récupéré le 14 avril 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-03-unique-ai-method-proteins-drug.html

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