Sztuczna inteligencja pozwala szybko opracowywać nowe linie leczenia chorób. Przyszłością medycyny mogą być też biokomputery

Wykorzystanie algorytmów uczenia maszynowego umożliwia wprowadzenie badań nad DNA na nieosiągalny dotychczas poziom. Dzięki rozwiązaniom bioinformatycznym można było w mniej niż dwa dni wytypować potencjalne leki na koronawirusa, a także zwiększyć wiedzę o wirusach zasiedlających ludzkie jelita. Naukowcy testują już nawet komputery bazujące na przesyłaniu informacji z wykorzystaniem ludzkich komórek. Światowy rynek bioinformatyki do 2027 roku zwiększy swoją wartość prawie trzykrotnie.

– Bioinformatyka pozwala zbudować model informatyczny czy matematyczny i potem rozwiązywać narzędziami właściwymi dla informatyki różne problemy, takie jak na przykład problem sekwencjonowania DNA. Biochemicy są w stanie poszatkować genom i dostarczyć nam setek jego fragmentów, ale my potrzebujemy ich miliardów. Żeby złożyć ten miliard, potrzebujemy dobrego algorytmu i to jest właśnie bioinformatyka – tłumaczy w rozmowie z agencją informacyjną Newseria Innowacje prof. dr hab. inż. Jacek Błażewicz, dyrektor Instytutu Informatyki Politechniki Poznańskiej, członek rzeczywisty Polskiej Akademii Nauk.

Opierając się na rozwiązaniach bioinformatycznych, naukowcy z Wellcome Sanger Institute oraz EMBL’s European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI) zidentyfikowali ponad 140 tys. wirusów zasiedlających ludzkie jelita. Ponad połowa z nich nie była wcześniej znana. Może mieć to kluczowe znaczenie dla rozwoju badań nad przyczynami niektórych chorób. Co szczególnie istotne, jedna z nowo odkrytych gałęzi wirusów jest drugą pod względem stopnia rozpowszechnienia w ludzkich jelitach. Zdaniem ekspertów przy wykorzystaniu tradycyjnych, niewspieranych informatycznie metod tego typu odkrycia najprawdopodobniej nie byłyby możliwe.

– Biolodzy nie poradzą sobie sami. Musimy współpracować. Bioinformatyka to oczywiście sekwencje, ale ważna jest analiza tych sekwencji, zrozumienie, co one przedstawiają. I tu bez sztucznej inteligencji oczywiście się nie obejdzie, bo występuje za dużo kombinacji – wskazuje  dr hab. inż. Jacek Błażewicz.

Uczenie maszynowe w bioinformatyce zostało wykorzystane w poszukiwaniu możliwych leków do walki z koronawirusem. Superkomputer IBM Summit w niespełna dwa dni, wykorzystując symulację uruchomioną kodem bioinformatycznym, przeszukał struktury molekularne związków, które mogłyby zwalczyć ten patogen.

– Oczywiście pandemia ma duży wpływ na rozwój bioinformatyki, bo pokazuje wagę problemów zdrowia, wagę problemów medycyny dla funkcjonowania dzisiejszej społeczności – mówi naukowiec.

Kluczowe w rozwoju bioinformatyki może być wykorzystanie biokomputerów. Przykładem takiego wdrożenia może być urządzenie zbudowane przez naukowców z Politechniki Federalnej w Zurychu oraz Uniwersytetu w Bazylei. Wykorzystując dziewięć populacji ludzkich komórek, zbudowali strukturę działającą jak elektroniczny obwód obliczeniowy. Tak powstał żywy komputer reagujący na przekazywane mu informacje chemiczne i przetwarzający je przez podstawowe bramki logiczne.

– Biokomputer można też rozumieć jako coś, co sprzęga się w nanoprocesor z pewnym elementem wykonawczym i np. wpuszcza się w krwiobieg człowieka, by tam analizował i przesyłał pewne dane – wskazuje dyrektor Instytutu Informatyki Politechniki Poznańskiej. – Ileś lat temu mówiło się o komputerach DNA, które bazowały na przetwarzaniu cząsteczek DNA i wyciąganiu jakichś informacji. Ma to jednak ograniczenia, ponieważ w zasadzie trzeba budować komputer dla konkretnego problemu.

Według Allied Market Research światowy rynek bioinformatyki do 2027 roku osiągnie wartość 24,7 mld dol.