Utilizando inteligencia artificial (IA) y una de las supercomputadoras más rápidas del mundo, los científicos chinos están diseñando sustancias químicas desconocidas que pueden usarse clínicamente en el futuro.
La supercomputadora Tianhe-2 en la provincia de Guangdong, en el sur de China, que se encuentra entre las 10 computadoras más rápidas del mundo en la lista TOP 500 publicada este mes, se ha utilizado como plataforma para el descubrimiento de fármacos. Ahora, los algoritmos basados en IA hacen que la máquina sea aún más inteligente.
Científicos de la Universidad Sun Yat-sen y la startup de IA galixir, con sede en Beijing, junto con los del Instituto de Tecnología de Georgia y el Instituto de Tecnología de Massachusetts, informaron un conjunto práctico de herramientas de aprendizaje profundo para predecir las vías biosintéticas de productos naturales (NP) o compuestos similares a NP en Tianhe-2.
Los productos naturales son la principal fuente de descubrimiento de fármacos clínicos. Más del 60 por ciento de los medicamentos de moléculas pequeñas aprobados por la FDA en los Estados Unidos son NP o sus derivados.
Hasta la fecha se han registrado más de 300.000 NP, pero debido a los complejos conocimientos técnicos de producción, sólo una décima parte se ha desarrollado como sustrato o producto, y se necesita urgentemente el cribado asistido por ordenador.
En un estudio reciente publicado en Nature Communications, los investigadores presentaron una herramienta llamada BioNavi-NP para proponer vías biosintéticas NP a partir de bloques de construcción simples de una manera óptima, que no requiere reglas bioquímicas ya conocidas.
En primer lugar, se entrena un modelo de predicción de biorretrosíntesis de un solo paso para generar precursores candidatos para un NP objetivo. El modelo completo basado en datos logra una precisión de predicción 1,7 veces más precisa que el modelo anterior basado en reglas, según el estudio.
Luego, un sistema automático de planificación de rutas de retro-biosíntesis muestrea eficientemente las vías biosintéticas plausibles.
El estudio revela que el kit de herramientas puede identificar con éxito las vías biosintéticas para el 90.2 por ciento de los 368 compuestos de prueba.
Además, los investigadores combinaron una herramienta de predicción de enzimas existente para proporcionar un servidor web abierto al público y fácil de usar que puede predecir las vías biosintéticas. También puede calificar la viabilidad biológica de esas vías en función de la preferencia estimada de especies y enzimas.
Al introducir cualquier molécula de NP relevante en el kit de herramientas en línea, se pueden obtener múltiples formas predichas de sintetizarlas en unos pocos minutos.
Los resultados rápidos solo son posibles gracias a la fuerte capacidad de computación paralela de Tianhe-2 y sus recursos de GPU personalizados, que ayudan a acortar el tiempo de entrenamiento y prueba de más de dos semanas a un día.
La supercomputadora China Tianhe-2 ha sido ampliamente utilizada para promover la investigación en salud y medicina.
Fuente(s): Agencia de Noticias Xinhua
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