Pionir AI Bertujuan Menciptakan Sel Manusia Virtual Pertama

Upaya kolaboratif para ahli dari Universitas Stanford, Genentech, dan Inisiatif Chan-Zuckerberg bertujuan untuk memanfaatkan hal ini kecerdasan buatan untuk mengembangkan sel manusia virtual pertama di dunia.

Upaya inovatif ini dapat secara signifikan meningkatkan pemahaman kita tentang biologi manusia, memfasilitasi eksperimen in silico, mempercepat penelitian medis, dan membuka jalan bagi pengobatan yang dipersonalisasi.

AI dan Sel Manusia Virtual

Para peneliti dari Universitas Stanford, Genentech, dan Inisiatif Chan-Zuckerberg percaya bahwa kemajuan kecerdasan buatan (AI) dan ketersediaan data biologis berskala besar telah menciptakan “peluang yang belum pernah terjadi sebelumnya” untuk membangun sel manusia virtual pertama di dunia. Model bertenaga AI ini dapat mensimulasikan perilaku kompleks biomolekul, sel, dan bahkan seluruh jaringan dan organ manusia.

Pencarian Biologi yang Disempurnakan AI

“Pemodelan sel manusia dapat dianggap sebagai cawan suci biologi,” kata Emma Lundberg, profesor bioteknologi dan patologi di sekolah Teknik dan Kedokteran di Stanford dan penulis senior artikel baru di jurnal tersebut. Sel mengusulkan upaya global terpadu untuk menciptakan sel virtual AI pertama di dunia. “AI menawarkan kemampuan untuk belajar langsung dari data dan bergerak melampaui asumsi dan firasat untuk menemukan sifat-sifat yang muncul dari sistem biologis yang kompleks.”

Lundberg ikut menulis artikel tersebut bersama rekannya di Stanford Stephen Quake, profesor bioteknologi dan direktur sains di Chan-Zuckerberg Initiative, dan Jure Leskovec, profesor ilmu komputer di School of Engineering. Penulis senior lainnya termasuk Theofanis Karaletsos, kepala AI untuk sains di Chan-Zuckerberg Initiative, dan Aviv Regev, wakil presiden eksekutif penelitian di Genentech.

Manfaat Menjanjikan dari Model Sel Sintetis

Model sel sintetik seperti itu akan memungkinkan pemahaman yang lebih dalam tentang interaksi kompleks antara kekuatan dan proses kimia, listrik, mekanik, dan lainnya yang membuat sel manusia sehat berfungsi, dan juga mengungkap akar penyebab penyakit yang menyebabkan disfungsi atau kematian sel.

Mungkin yang lebih menarik, sel virtual AI juga memungkinkan para ilmuwan bereksperimen dalam silikon alih-alih secara alami – pada komputer, bukan pada sel dan organisme hidup. Kemampuan ini akan memperluas pemahaman manusia tentang biologi manusia dan mempercepat pencarian terapi baru, obat-obatan, dan mungkin penyembuhan penyakit.

Visi Era Biologi Digital

Ahli biologi kanker mungkin memodelkan bagaimana mutasi tertentu mengubah sel sehat menjadi ganas.

Ahli mikrobiologi suatu hari nanti mungkin dapat memprediksi dampak virus terhadap sel yang terinfeksi dan bahkan mungkin organisme inang. Suatu hari nanti, para dokter mungkin akan menguji pengobatan pada “kembaran digital” pasien mereka, sehingga mempercepat masa depan pengobatan yang dipersonalisasi, lebih cepat, lebih hemat biaya, dan lebih aman yang telah lama dijanjikan.

Namun, agar dianggap sukses, penulis mengatakan sel virtual AI perlu mencapai tiga hasil. Pertama, pemerintah perlu memberdayakan para peneliti untuk menciptakan representasi universal jenis dan jenis sel. Ia juga harus secara akurat memprediksi fungsi, perilaku, dan dinamika seluler serta memahami mekanisme seluler. Dan yang tak kalah pentingnya, sel virtual AI akan memungkinkan eksperimen pada komputer untuk menguji hipotesis dan memandu pengumpulan data guna memperluas kemampuan sel virtual dengan kecepatan dan biaya yang jauh di bawah kecepatan dan biaya saat ini.

Tantangan Data Biologis yang Masif

Dalam apa yang penulis sebut sebagai “trifecta” untuk sains, AI telah mengantarkan era alat yang bersifat prediktif, generatif, dan dapat dikuerikan, namun data biologis mentah dalam skala besar yang diperlukan untuk menciptakan sel virtual masih sangat besar. tidak dapat disangkal. Sebagai perbandingan, penulis menunjuk ke gudang DNA mengurutkan data yang dikumpulkan oleh Institut Kesehatan Nasional disebut Arsip Baca Singkat yang kini berisi lebih dari 14 petabyte data – seribu kali lebih besar dari kumpulan data yang digunakan untuk melatih ChatGPT.

Mencapai sel virtual AI tidaklah mudah. Hal ini memerlukan kolaborasi ilmu pengetahuan yang terpadu, global, dan terbuka dalam skala yang belum pernah terjadi sebelumnya di berbagai bidang mulai dari genetika dan proteomik hingga pencitraan medis, dan kemitraan yang erat di antara pemangku kepentingan global di bidang akademis, industri, dan organisasi nirlaba. Pada saat yang sama, penulis dengan hati-hati mencatat bahwa upaya apa pun terhadap sel virtual AI hanya boleh dilakukan dengan asumsi bahwa model yang dihasilkan akan tersedia untuk seluruh komunitas ilmiah tanpa batasan.

“Ini adalah proyek yang sangat besar, sebanding dengan proyek genom, yang memerlukan kolaborasi lintas disiplin, industri, dan negara, dan kami memahami bahwa model yang berfungsi penuh mungkin tidak akan tersedia dalam satu dekade atau lebih,” tegas Lundberg. “Namun, dengan kemampuan AI yang berkembang pesat saat ini serta kumpulan data kita yang sangat besar dan terus berkembang, sudah waktunya bagi sains untuk bersatu dan mulai merevolusi cara kita memahami dan memodelkan biologi.”

Referensi: “Cara membangun sel virtual dengan kecerdasan buatan: Prioritas dan peluang” oleh Charlotte Bunne, Yusuf Roohani, Yanay Rosen, Ankit Gupta, Xikun Zhang, Marcel Roed, Theo Alexandrov, Mohammed AlQuraishi, Patricia Brennan, Daniel B. Burkhardt, Andrea Califano, Jonah Cool, Abby F. Dernburg, Kirsty Ewing, Emily B. Fox, Matthias Haury, Amy E. Herr, Eric Horvitz, Patrick D. Hsu, Viren Jain, Gregory R. Johnson, Thomas Kalil, David R. Kelley, Shana O. Kelley, Anna Kreshuk, Tim Mitchison, Stephani Otte, Jay Shendure, Nicholas J. Sofroniew, Fabian Theis, Christina V .Theodoris, Srigokul Upadhyayula, Marc Valer, Bo Wang, Eric Xing, Serena Yeung-Levy, Marinka Zitnik, Theofanis Karaletsos, Aviv Regev, Emma Lundberg, Jure Leskovec dan Stephen R. Quake, 12 Desember 2024, Sel.
DOI: 10.1016/j.cell.2024.11.015

Lundberg dan Leskovec juga merupakan anggota Stanford Bio-X dan Wu Tsai Neurosciences Institute, serta afiliasi fakultas dari Institute for Human-Centered Artificial Intelligence (HAI). Quake juga merupakan Profesor Lee Otterson di Fakultas Teknik dan anggota Bio-X, Institut Kardiovaskular, Aliansi Kinerja Manusia Wu Tsai, Institut Kanker Stanford, dan Institut Neurosains Wu Tsai.