Na całym świecie ruszają projekty, które mają zmienić podejście do biologii komórkowej, przenosząc ją z laboratoriów do cyfrowych modeli. Naukowcy już pracują nad wirtualną komórką. Ma w tym pomóc AI.
Takie inicjatywy, jak ta prowadzona przez Chan Zuckerberg Initiative (CZI), mają na celu stworzenie komputerowych modeli komórek, które nie tylko imitują, ale i przewidują ich zachowanie. Dzięki wykorzystaniu AI naukowcy chcą przenieść ciężar biologii z eksperymentów do obliczeń, odwracając obecny stosunek 90:10 na korzyść cyfrowych analiz.
Obecne modele mogą się okazać niewystarczające
Jak czytamy na łamach Nature, projekty zakładające stworzenie wirtualnej komórki opierają się głównie na analizie danych pochodzących z sekwencjonowania pojedynczych komórek. Te tzw. atlasy komórkowe zawierają miliony zapisów aktywności genów i stanowią bazę do trenowania modeli predykcyjnych. Nowe algorytmy mają potrafić np. określić, jak komórki macierzyste zareagują na mutacje genetyczne lub leczenie farmakologiczne.
Chociaż idea wirtualnej komórki budzi ogromne nadzieje, wielu badaczy wskazuje, iż obecne modele są zbyt ograniczone. Niektórzy, tak jak prof. Anshul Kundaje z Uniwersytetu Stanforda, twierdzą, iż aktualne rozwiązania zawodzą w próbach uogólnienia wyników poza dane, na których zostały wytrenowane.
Konieczne są badania laboratoryjne, a nie tylko samo zbieranie danych
Eksperci zgadzają się, iż same dane transkryptomiczne nie wystarczą. Konieczne będzie włączenie obrazowania mikroskopowego, danych o białkach, a choćby o tym, jak komórki zmieniają się w czasie. Pojawia się też problem definicyjny. Różni naukowcy różnie rozumieją pojęcie wirtualnej komórki, co znacząco utrudnia standaryzację badań i ocenę postępów.
Badacze jednak zauważają, iż rozwój AI w biologii przypomina to, co działo się wcześniej w językoznawstwie. Gdy pojawiły się modele potrafiące uczyć się na miliardach danych. CZI planuje udostępnić sekwencje RNA z aż miliarda komórek. Może to przełamać bariery rozwojowe dla najbardziej zaawansowanych modeli.
Wirtualna komórka może mieć szerokie zastosowanie w medycynie
Aktualnie jesteśmy na etapie testowania narzędzi, a nie gotowych rozwiązań klinicznych. Tworzenie modeli mających zastosowanie np. w leczeniu nowotworów, diagnostyce genetycznej czy w personalizacji terapii, wymaga jeszcze ogromnych nakładów pracy, a także weryfikacji w rzeczywistych warunkach laboratoryjnych i klinicznych.
Jedno jest natomiast pewne – sama idea stworzenia wirtualnej komórki niesie za sobą ogromny potencjał. Możliwość przewidywania reakcji komórek na leki, zmiany genetyczne czy warunki środowiskowe mogłaby zrewolucjonizować medycynę i badania naukowe. Pamiętajmy jednak, iż sukces zależy nie tylko od mocy obliczeniowej, ale przede wszystkim od precyzji danych i dyscypliny naukowej.
*Źródło zdjęcia głównego: Gorodenkoff/shutterstock.com
