Čeští vědci spolupracují s odborníky ze čtrnácti výzkumných institucí po celém světě, aby využili umělou inteligenci (AI) na objev a vývoj nových přírodních molekul, které by bylo možné využívat například ve vývoji léčiv, kosmickém výzkumu nebo likvidaci znečištění v přírodě.
Objevování malých molekul může znamenat pokrok v celé řadě vědeckých oborů, které přinášejí reálné zlepšení lidského života. Podle Českého vysokého učení technického v Praze (ČVUT), které mezinárodní projekt MassSpecGym vede, se to týká oblastí jako chemie, biologie, vývoj léčiv a analýza životního prostředí.
„I přesto, že se dosáhlo velkého pokroku, vědci stále objevili jen malý kousek celkové molekulární rozmanitosti života,“ uvedli výzkumníci.
Rozpady molekul
Takzvaná tandemová hmotnostní spektrometrie, kterou využívají, je důležitá metoda, která pomáhá identifikovat molekuly v biologických a environmentálních vzorcích. Funguje tak, že molekuly se nejprve rozpadnou na menší části a poté se změří hmotnosti těchto fragmentů. „Z biologických nebo environmentálních vzorků lze změřit tisíce různých spekter, z nichž každé obvykle odpovídá jedné molekule,“ popsal Tomáš Pluskal z Ústavu organické chemie a biochemie Akademie věd ČR, který je součástí této vědecké iniciativy.
Popsat pak ale spektra pomocí molekulárních struktur je i přes rychlý vědecký pokrok stále nesmírně složité. „I s nejmodernějšími metodami strojového učení se podaří popsat méně než deset procent spekter. To znamená, že velká část chemických možností zůstává neobjevená, což zpomaluje pokrok ve vědě a technologii,“ upozornil Pluskal.
Vývoj umělé inteligence pro hmotnostní spektrometrii je zatím omezen tím, že chybí jednotná data a způsob, jak AI hodnotit. Projekt MassSpecGym se to snaží zlepšovat tím, že vytváří standardy pro objevování molekul a jejich popis. Cílem je vyvinout nové AI modely, které pomohou objevit neznámé chemické látky v přírodě.
Projekt MassSpecGym má tři hlavní části. Mezi ně patří největší veřejně dostupná databáze hmotnostních spekter s označenými molekulami, úkoly pro AI, které pomáhají objevit molekuly, a sady spekter a molekul pro testování, jak dobře AI modely dokáží pracovat s novými molekulami.
Vývoj MassSpecGym začal na semináři v Německu a zapojilo se do něj třicet výzkumníků ze čtrnácti institucí. Výzkum byl vybrán pro prestižní prezentaci na konferenci NeurIPS 2024 ve Vancouveru, která je jednou z významných konferencí v oblasti strojového učení. Tento projekt byl spolufinancován z unijních projektů FRONTIER a ELIAS.
