W fabryce AI Gaia powstaną cyfrowe bliźniaki
Badania nad tzw. cyfrowymi bliźniakami – realistycznymi komputerowymi modelami odwzorowującymi procesy zachodzące m.in. w ludzkim organizmie będą prowadzone dzięki technologiom dostarczanym przez fabrykę AI Gaia, ktora powstaje przy Akademickim Centrum Komputerowym Cyfronet AGH w Krakowie. W projekt zaangażowani są m.in. naukowcy z Małopolskiego Centrum Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego oraz Sano Centrum Medycyny Obliczeniowej.
Zaawansowany, realistyczny model komputerowy
– Największym wyzwaniem nie jest obecnie budowanie superkomputerów, tylko takie ich projektowanie, by potrafiły rozwiązywać realne problemy. Nasze zadanie w tym przedsięwzięciu będzie polegać na stworzeniu tzw. cyfrowych bliźniaków – powiedział PAP dr hab. inż. Paweł Łabaj, prof. UJ, z Małopolskiego Centrum Biotechnologii UJ.
Jak wyjaśnił, cyfrowy bliźniak to zaawansowany model komputerowy, który w sposób realistyczny odtwarza procesy zachodzące w przestrzeni i czasie w określonym środowisku, np. w jelitach człowieka. W krakowskim projekcie rozwijane będą dwa główne typy takich modeli: cyfrowy bliźniak mikrobiomu jelitowego, nad którym pracować będzie zespół dr. Tomasza Kościółka z Sano, oraz cyfrowy bliźniak mikrobiomu środowiskowego, rozwijany przez zespół prof. Łabaja.
– Takie cyfrowe bliźniaki, oparte na infrastrukturze fabryki AI, pozwolą przewidywać, jak organizm reaguje na różne interwencje, m.in. leczenie farmakologiczne czy zmiany stylu życia – zaznaczył naukowiec.
Jego zdaniem taka technologia może całkowicie zmienić sposób opracowywania terapii i leków. Umożliwi bowiem modelowanie i testowanie ich skuteczności bez konieczności prowadzenia niektórych etapów, obecnie długotrwałych badań klinicznych w tradycyjnej formie.
– To może być przełom, bo pozwoli tworzyć zindywidualizowane terapie, dopasowane do konkretnej osoby – podkreślił prof. Łabaj.
Mikrobiom jelitowy jest kluczowy
W projekcie, który będzie realizowany w Sano, kluczowym czynnikiem jest mikrobiom jelitowy. Jak przypomniał prof. Łabaj, coraz więcej badań wskazuje, że mikroorganizmy zamieszkujące nasze jelita mogą decydować o skuteczności terapii. Przykładem są prowadzone kilka lat temu testy nowego leku przeciwnowotworowego.
– W badaniach na liniach komórkowych oraz zwierzętach działał znakomicie, natomiast u części pacjentów był całkowicie nieskuteczny. Okazało się, że osoby, u których nie działał, miały w jelitach określoną bakterię. Produkowała ona metabolit, który całkowicie unieczynniał ten lek. Po zastosowaniu antybiotyku i usunięciu bakterii lek zaczął działać prawidłowo – opowiedział naukowiec.
Dzięki cyfrowym bliźniakom takie zależności będzie można analizować już na etapie projektowania terapii. Technologia ta może więc przyspieszyć rozwój przemysłu farmaceutycznego, skrócić proces badań klinicznych i zwiększyć bezpieczeństwo pacjentów.
Według prof. Łabaja w przyszłości na jej podstawie możliwe będzie również tworzenie modeli populacyjnych, a następnie ich personalizowanie na podstawie danych zebranych od konkretnej osoby.
– Po odpowiedniej charakteryzacji mikrobiomu danej osoby będzie można bardzo precyzyjnie określić, jakie produkty czy suplementy będą skuteczne właśnie dla niej. Ponadto przy znacznych dysbiozach, w których obecnie podawane miksy brakujących bakterii nie zawsze są skuteczne, będzie można określić „ścieżki pre- i probiotykoterapii”, wyznaczające szczegółowy plan tego, które preparaty przyjmować w jakim momencie – podkreślił badacz, który dodał, że powstająca fabryka AI jest w doskonałym narzędziem do tego typu badań.
– Dopiero teraz, dzięki rozwojowi infrastruktury obliczeniowej, możliwe jest realistyczne odwzorowanie tak złożonych systemów jak mikrobiom. Wcześniej brakowało nam zarówno mocy obliczeniowej, jak i danych wysokiej jakości. Teraz te warunki zaczynają się spełniać – powiedział.
Dane niezbędne do trenowania modeli będą pochodziły zarówno z projektów naukowych, jak i z działalności prywatnych spółek świadczących usługi charakteryzacji mikrobiomu i gromadzących tego typu informacje.
Utworzenie Gaia AI Factory ogłosiły 10 października Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego oraz Ministerstwo Cyfryzacji. Jak poinformowano, z infrastruktury będą mogli korzystać naukowcy, przedsiębiorcy i administracja publiczna.
