Ψηφιακός βοηθός για το Αlphafold 3, μοναδικός σε παγκόσμια κλίμακα – Bοηθάει ερευνητές να αναπτύξουν θεραπείες για καρκίνο, Alzheimer και Parkinson

Πριν λίγα χρόνια οι επιστήμονες που εργάζονται στον τομέα της δημιουργίας νέων φαρμάκων εισήγαγαν τα δεδομένα στους ηλεκτρονικούς υπολογιστές και περίμεναν χρόνια ολόκληρα για την εξαγωγή των αποτελεσμάτων. Παράλληλα το κόστος των πειραμάτων ήταν αρκετά εκατομμύρια ευρώ.

Μετά την δημιουργία του Alphafold, του εμβληματικού συστήματος Τεχνητής Νοημοσύνης της Google που τιμήθηκε με Νόμπελ το 2024, η ίδια διαδικασία πλέον διαρκεί μερικά λεπτά προκαλώντας έκπληξη και ενθουσιασμό στους ερευνητές.

Eκείνοι βλέπουν μπροστά στα μάτια τους μια πραγματική επανάσταση στη βιολογία που προβλέπει τις δομές των πρωτεϊνών και επιταχύνει την ανακάλυψη νέων φαρμάκων δίνοντας ελπίδα για την ανάπτυξη νέων θεραπειών. Το ίδιο συμβαίνει και στη Θεσσαλονίκη όπου ερευνητές από το Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, το ΕΚΕΤΑ και άλλα πανεπιστήμια και ερευνητικά κέντρα αναζητούν φαρμακευτικές θεραπείες για τον καρκίνο, τις νόσους Alzheimer και Parkinson, χρησιμοποιώντας μάλιστα έναν ψηφιακό βοηθό τεχνητής νοημοσύνης που αναπτύχθηκε για πρώτη φορά σε παγκόσμιο επίπεδο ώστε να τους διευκολύνει στη χρήση του Alphafold 3.

Με τον τρόπο αυτό, γιατροί, βιολόγοι και χημικοί οι οποίοι δεν μπορούν να έχουν τις τεχνικές γνώσεις και τις δεξιότητες πληροφορικής που απαιτούνται για τη χρήση του Alphafold 3, κατευθύνονται από τον ψηφιακό οδηγό τεχνητής νοημοσύνης ΑΙ Agent. Πάνω από 1500 άτομα από τη Θεσσαλονίκη έχουν «τρέξει» ή αναμένεται να διενεργήσουν πειράματα μέσω του συγκεκριμένου ψηφιακού οδηγού που είναι διαθέσιμος σε όλους τους φοιτητές και τις φοιτήτριες του ΑΠΘ και τα μέλη των ερευνητικών κέντρων. Είναι μάλιστα αξιοσημείωτο το γεγονός ότι ομάδες της Google στις ΗΠΑ έχουν επιδείξει ενδιαφέρον για την επέκταση της χρήσης του AI Αgent παγκοσμίως.

Μια πρωτοβουλία της Περιφέρειας Κεντρικής Μακεδονίας

Την πρωτοβουλία για τη δημιουργία του ανέλαβε αρχικά η Περιφέρεια Κεντρικής Μακεδονίας και συγκεκριμένα η Αντιπεριφέρεια Ψηφιακής Διακυβέρνησης, που έφερε κοντά όλους τους ενδιαφερόμενους φορείς από το οικοσύστημα της επιστήμης, της έρευνας και της καινοτομίας στη βόρεια Ελλάδα, οι οποίοι συνεργάστηκαν μεταξύ τους και με το Εθνικό Δίκτυο Υποδομών Τεχνολογίας και Έρευνας (ΕΔΥΤΕ GRNET S.A.), τεχνολογικό φορέα του Υπουργείου Ψηφιακής Διακυβέρνησης και Τεχνητής Νοημοσύνης, με την υποστήριξη του υπουργείου και της Google. Στο πλαίσιο πρότασης που κατέθεσε η Περιφέρεια στο ΕΔΥΤΕ και εγκρίθηκε, χρηματοδοτήθηκε από αυτό, με πόρους του Ταμείου Ανάκαμψης, η δημιουργία του Agent και η υποστήριξη της λειτουργίας του από τους ερευνητές με κονδύλια ύψους 65.000 ευρώ. Παράλληλα ερευνητικές ομάδες από τη Θεσσαλονίκη κατέθεσαν τις δικές τους ερευνητικές προτάσεις, συνολικού ύψους άνω των 400.000 ευρώ για τη χρηματοδότηση των ωρών λειτουργίας του Alphafold 3 πάνω σε συγκεκριμένα ερευνητικά έργα.

Κάθε μήνα πάνω από τριακόσιοι μοναδικοί χρήστες από τη Θεσσαλονίκη δουλεύουν με τον ψηφιακό βοηθό για το Alphafold 3, ο οποίος αρχικά τους καλωσορίζει στο περιβάλλον του Alphafold, τους ζητάει να συμπληρώσουν τις υποδομές που θα χρησιμοποιήσουν σε κάθε τμήμα, τους καθοδηγεί πού θα τις αναζητήσουν και πού θα τις βρουν, τους υποστηρίζει στη συμπλήρωση των σχετικών αιτήσεων και αφού τους εκπαιδεύσει σε απλά πειράματα, τους παρέχει οδηγίες για τη διενέργεια συνθετότερων.

Μιλώντας στο ΑΠΕ – ΜΠΕ ο Αντιπεριφερειάρχης Ψηφιακής Διακυβέρνησης της Περιφέρειας, Νίκος Τζόλλας, κάνει λόγο για μια προσπάθεια που ξεκίνησε με μεγάλη τόλμη και υπογραμμίζει ότι στόχος της είναι να προσδώσει πολλά στην κοινωνία με την ανακάλυψη νέων φαρμάκων. Ήδη το πρόγραμμα έχει αναλώσει πάνω από το 70% των διαθέσιμων πόρων υπολογιστικής ισχύος και σε λίγο καιρό θα ολοκληρωθεί. Παράλληλα θα καταβληθούν προσπάθειες για την ένταξή του σε κάποιο άλλο έργο προκειμένου να συνεχιστεί. «Η Περιφέρεια έχει ένα όραμα: να καταστήσει την ερευνητική κοινότητα ώριμη στη χρήση ενός τέτοιου εργαλείου τεχνητής νοημοσύνης, να κάνει τον τόπο μας ανταγωνιστικό σε σχέση με τις διεθνείς προκλήσεις» προσθέτει.

Από την πλευρά του ο Αντιπρόεδρος του ΕΔΥΤΕ GRNET S.A., Δημήτρης Κατσιάνης, αναφέρει ότι η ιδέα ξεκίνησε από την Περιφέρεια και ζυμώθηκε μέσα από τη συνεργασία της με όλους τους φορείς ενώ σχολιάζει ότι με τον τρόπο αυτό η περιοχή της Θεσσαλονίκης και της βόρειας Ελλάδας γενικότερα απέκτησε ένα προβάδισμα στη χρήση του Alphafold 3, με μια πραγματικά πρωτοποριακή δουλειά. Χαρακτηρίζει, άλλωστε, πολύ δυνατές τις επιστήμες της Βιολογίας και της Χημείας λόγω των φαρμάκων, με μεγάλο αντίκτυπο της έρευνας στο εξωτερικό όπου απασχολούνται στον συγκεκριμένο κλάδο 190 χώρες με τρία εκατομμύρια ερενητές.

Πρωτεΐνες: Ο κύριος στόχος των φαρμάκων

Ο Καθηγητής Βιοχημείας στο Εργαστήριο Βιολογικής Χημείας της Ιατρικής Σχολής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, Μιχάλης Αϊβαλιώτης μιλώντας στο ΑΠΕ – ΜΠΕ εξηγεί: «Με το Alphafold 3 μπορούμε να προβλέπουμε τη δομή βιομορίων όπως είναι οι πρωτεΐνες, δηλαδή τη δομή των λειτουργικών λίθων που είναι απαραίτητοι για να γίνει οποιαδήποτε βιολογική διαδικασία. Οτιδήποτε και αν κάνουμε ως άνθρωποι, ό,τι κάνουν τα ζώα, τα φυτά και οι οργανισμοί, εξαρτώνται από τη δομή και τη λειτουργία αυτών των μορίων. Ειδικά οι πρωτεΐνες αποτελούν ένα πολύ σημαντικό σύνολο βιομορίων γιατί έχουν την ικανότητα να συμμετέχουν σε πολλές μετατροπές όπως ο μεταβολισμός και η παραγωγή ενέργειας, ενώ έχουν έναν ποικίλο ρόλο μέσα στα βιολογικά συστήματα. Όσον αφορά την ιατρική είναι ουσιαστικά ο κύριος στόχος των φαρμάκων. Δηλαδή αν θέλουμε να θεραπεύσουμε κάτι, να αποτρέψουμε κάτι, κυρίως ψάχνουμε να καταλάβουμε πώς λειτουργούν οι πρωτεΐνες που σχετίζονται με τη συγκεκριμένη παθολογία ή φυσιολογία».

Ο κ. Αϊβαλιώτης αναφέρει χαρακτηριστικά: «οι πρωτεΐνες προέρχονται από το ‘πρώτος’ που σημαίνει σημαντικός αλλά και τον Πρωτέα, ο οποίος ήταν μια αρχαία θεότητα της μυθολογίας, που άλλαζε μορφές. Οι πρωτεΐνες αλλάζουν συνεχώς μορφές για να μπορούν να κάνουν τα πολύπλοκα βιολογικά μονοπάτια και διαδικασίες. Υπήρχε ένα μεγάλο προβλημα εδώ και πάρα πολλά χρόνια και υπάρχει και σήμερα: να μπορέσουμε να προβλέψουμε τη δομή άρα και τη λειτουργία των πρωτεϊνών. Αυτή η γνώση που ψάχναμε και ψάχνουμε ακόμα διακαώς, μας δίνει τις βάσεις για να έχουμε αποτελεσματικές στοχευμένες θεραπείες, χωρίς παρενέργειες, με γρήγορα αποτελέσματα αποφεύγοντας να δημιουργούμε παραπάνω προβλήματα από ό,τι έχουμε σε μια παθολογική κατάσταση».

Επιπλέον σημειώνει ότι το Alphafold προβλέπει πλέον με μεγαλύτερη βεβαιότητα την πιθανή δομή μιας πρωτεΐνης και αντιλαμβανόμενο τον τρόπο αλληλεπίδρασης μεταξύ δύο πρωτεϊνών μπορεί να συμβάλλει στον σχεδιασμό ενός φαρμάκου που θα αποτρέπει την αλληλεπίδραση αυτή, δημιουργώντας συνθήκες θεραπείας. Όλο αυτό είναι παράλληλα εφικτό χωρίς να χρειάζονται πολλά πειράματα για την ανάπτυξη και την αξιολόγηση των νέων φαρμάκων.

Έρευνα στο ΑΠΘ για τον καρκίνο, τις νόσους Alzheimer και Parkinson και τη σκλήρυνση κατά πλάκας

Αυτή τη στιγμή το Alphafold και τον ΑΙ Agent χρησιμοποιούν ερευνητικές ομάδες από τα τμήματα Ιατρικής, Βιολογίας και Χημείας του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης που μελετούν θεραπευτικές προσεγγίσεις για τον καρκίνο, τις νόσους Alzheimer και Parkinson και τη σκλήρυνση κατά πλάκας. Ενδιαφέρον εκδηλώνουν μάλιστα και οι φαρμακευτικές εταιρείες που βρίσκονται στην Ελλάδα.

Ωστόσο η έρευνα δεν σταματά εκεί καθώς, όπως λέει ο κ. Αϊβαλιώτης, «η κατανόηση των μοριακών μηχανισμών και των πρωτεϊνικών λειτουργιών μπορεί να αξιοποιηθεί για τον σχεδιασμό καινούριων πρωτεϊνών, καινούριων βιολογικών συστημάτων στο πλαίσιο της συνθετικής βολογίας. Ένα τέτοιο βακτήριο σχεδιάστηκε το 2023 στο ΑΠΘ και αποικοδομεί τοξικές ουσίες που παράγονται μετά από μια άγρια δασική πυρκαγιά ώστε να βοηθά το έδαφος να επανέλθει στην αρχική του κατάσταση και να φιλοξενήσει ξανά ζωή. Η ομάδα αυτή συνεχίζει και έχει προχωρήσει αρκετά το έργο προσπαθώντας να δημιουργήσει ένα προϊόν με τη συγκεκριμένη λειτουργία».

Επιπλέον, όπως έχει αναφερθεί σε εκδήλωση για το θέμα που πραγματοποιήθηκε το περασμένο φθινόπωρο στο πλαίσιο της Διεθνούς Έκθεσης Θεσσαλονίκης, η χρήση του Alphafold αφορά ακόμη έρευνες για την αποσύνθεση πλαστικών μιας χρήσης, τη μείωση της χρήσης φυτοφαρμάκων, την παραγωγή εμβολίου για την ελονοσία, την προστασία των μελισσών και τον εντοπισμό των γονιδίων που σχετίζονται με την οστεοπόρωση.

Παγκόσμια καινοτομία ο ψηφιακός βοηθός

Στη σημασία της δημιουργίας και λειτουργίας ενός ψηφιακού οδηγού που καθοδηγεί τους ερευνητές αναφέρεται, από την πλευρά του, ο Κωνσταντίνος Κεχαγιάς, Google developer expert για την τεχνητή νοημοσύνη και τη μηχανική μάθηση. «Αυτό που έχουμε αναπτύξει δεν ξέρω αν έχει ξαναγίνει παγκόσμια. Είναι ένας ψηφιακός βοηθός ο οποίος είναι εκπαιδευμένος πάνω στις εντολές και στην υποδομή που έχει φτιαχτεί στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο για να μπορούν οι ερευνητές (γιατροί, φαρμακοποιοί, χημικοί) να χρησιμοποιούν το Αlphafold. Ο βοηθός τους κατευθύνει στο πώς μπορούν να χρησιμοποιήσουν τους πόρους που είναι διαθέσιμοι και πώς μπορούν να χρησιμοποιήσουν το Αlphafold έτσι ώστε να τρέξουν τα πειράματά τους. Με άλλα λόγια, ο γιατρός ξέρει ότι θέλει να τρέξει ένα πείραμα για τη μελέτη ενός φαρμάκου, να δει τη μοριακή δομή μιας πρωτεΐνης και να χρησιμοποιήσει τεχνητή νοημοσύνη. Ο βοηθός τον κατευθύνει κάνει τη δουλειά του πιο εύκολη» σημειώνει.

Ο τρόπος με τον οποίο αυτή τη στιγμή χρησιμοποιούνται το Αlphafold και ο ΑΙ Αgent στη συνθετική Βιολογία και τη Βιομηχανική παρουσιάζεται σήμερα σε ημερίδα της πρωτοπόρου, διεπιστημονικής φοιτητικής ομάδας του ΑΠΘ, iGEM Thessaloniki και της Αντιπεριφέρειας Ψηφιακής Διακυβέρνησης της Περιφέρειας Κεντρικής Μακεδονίας, με θέμα τη Συνθετική Βιολογία που πραγματοποιείται στο Κέντρο Διάδοσης Ερευνητικών Αποτελεσμάτων του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. Σεμινάριο με θέμα την πρόβλεψη της δομής πρωτεϊνών μέσω του εργαλείου Alphafold 3.0.1 πραγματοποιήθηκε χθες στο Τμήμα Χημείας του ΑΠΘ.