Выходные науки: квантовый компьютер помог изобрести новые кандидаты на лекарства

Ключевые моменты

• В 2024 году исследователи Технического университета Дании использовали квантовую модель искусственного интеллекта для создания новых пептидов — коротких цепочек, похожих на белки, которые используются в разработке лекарств.
• Лабораторные тесты подтвердили, что квантовая модель производила больше успешных пептидов, чем стандартный программный аналог, с наибольшим улучшением при нехватке обучающих данных.
• Команда финансировала работу, объединяя неиспользованные средства из других проектов и работая по выходным, потому что ни один грантовый орган не согласился это поддержать.
• Квантовые компьютеры пока слишком малы, чтобы запускать полномасштабные модели открытия лекарств, поэтому это результат является доказательством концепции, а не готовым продуктом.
• ORCA Computing, британский стартап, создавший квантовую машину, говорит, что исследование является одним из первых четких краткосрочных коммерческих применений этой технологии.

Небольшая команда Технического университета Дании (DTU) продемонстрировала, что подключение квантового компьютера к конвейеру открытия лекарств на основе искусственного интеллекта может производить лучших кандидатов на лекарства, чем использование одного обычного компьютера. Они опубликовали результаты после проведения эксперимента по выходным, финансируя его за счет остатков бюджета из других грантов.

Рассматриваемая модель искусственного интеллекта является генеративной моделью — программным обеспечением, которое создает новые результаты, а не просто классифицирует существующие, что по духу похоже на технологию, стоящую за генераторами изображений. Здесь она генерировала пептиды: крошечные цепочки аминокислот, строительные блоки белков, которые могут связываться со специфическими мишенями внутри организма. Поиск пептидов, которые надежно связываются с целевым белком, является критически важным первым шагом в разработке вакцин и других лекарств.

Использованный ими квантовый компьютер был построен британским стартапом ORCA Computing и имеет примерно размер настольного принтера. Это не является самостоятельной заменой обычному компьютеру. Вместо этого он работает вместе с ним, конфигурация, которую исследователи называют гибридной системой. Квантовый компонент обрабатывает конкретную часть расчета, где квантовая физика дает ему преимущество в исследовании различных возможностей.

Лабораторные тесты здесь имели решающее значение. Команда фактически синтезировала предложенные моделью пептиды и проверила, физически ли они связываются со своими целевыми белками. Они связались, и с более высокой частотой успеха, чем пептиды, созданные классической, неквантовой версией той же модели. Улучшение было наиболее заметным для белков, где обучающие данные — исторические примеры, на которых учится искусственный интеллект — были ограничены.

Этот последний момент важен. Большинство медицинских исследований сосредоточено на западном населении, оставляя меньше генетических данных для людей в Азии, Африке и других изучаемых регионах. Профессор DTU Тимоти Патрик Дженкинс, возглавивший проект, рассказал Wired, что квантовый шаг, похоже, помог модели генерировать более разнообразный набор кандидатов даже при нехватке данных, что в итоге могло бы помочь в создании лекарств, которые работают для более широкого спектра пациентов.

Означает ли это, что квантовые компьютеры вскоре изменят медицину?

Пока нет. Доступные сегодня квантовые машины слишком малы, чтобы запускать полнофункциональную модель антител, которыми обычно работают исследователи. Стандартный высокопроизводительный компьютер все еще превосходил бы их в большинстве реальных задач открытия лекарств. Генеральный директор ORCA Computing Ричард Мюррей признал, что технология долгое время страдала от нехватки четких краткосрочных применений. По его словам, это исследование является одним из первых конкретных примеров того, что она может выполнять что-то полезное в коммерческих условиях уже сегодня.

Дженкинс уже планирует следующий этап: тестирование рабочего процесса на более крупных белках и более продвинутых моделях искусственного интеллекта. Он также изучает, может ли тот же квантовый подход помочь в разработке синтетических противоядий против яда змей, пренебреженной области, которая привлекает мало средств на научные исследования.

Для пациентов и общественности практический результат наступит через несколько лет. То, что делает это исследование, — это дает исследователям небольшую, но реальную причину продолжить исследование этого сочетания.