UAB „Biomatter Designs“ pavyko pagreitinti baltymų inžinerijos procesą, sukūrus dirbtinio intelekto pagrindo platformą, skirtą perkelti eksperimentinius laboratorijos tyrimus į skaitmeninę erdvę. Jų darbai įvertinti verslo žurnale „Forbes“, o verslo įkūrėjai įtraukti į „30 under 30“ sąrašą, kaip turintys potencialą sukurti transformaciją mokslo ir sveikatos priežiūros srityje. Baltymų inžinerijos svarbą pasakoja UAB „Biomatter Designs“ vadovas Laurynas Karpus.

Baltymų inžinerija plačiai naudojama medicinoje, chemijos pramonėje, maisto pramonėje, tai yra labai reikalingas, tačiau sudėtingas ir lėtas procesas. Ši problema kyla iš itin didelio baltymų kompleksiškumo ir vis dar menko supratimo, kaip vienas ar kitas baltymas veikia.  Vieno baltymo kūrimas gali trukti keletą metų ir kainuoti milijonus eurų. „Klasikinis baltymų inžinerijos procesas dažnai gali priminti adatos ieškojimą šieno kupetoje. Laboratorijoje yra sukonstruojami milijonai to paties baltymo variantų su nedideliais pakeitimais ir kiekvienas iš jų yra tikrinamas norint pamatyti, ar norimos savybės buvo pasiektos. Tad net su naujausiomis laboratorijos technologijomis (tokiomis kaip mikroskysčiai, kryptinga evoliucija), baltymų inžinerija, vis dar yra itin laikui ir kitiems resursams imlus procesas“, – pasakoja L. Karpus

Kas yra baltymų inžinerija arba baltymų dizainas?

Baltymai yra itin svarbūs (ar net svarbiausi) visų organizmų komponentai. Priklausomai nuo jų aminorūgščių sekos užkoduotos DNR molekulėje, atlieka begalę skirtingų funkcijų ir pagal tai yra skirstomi į skirtingus tipus. Pavyzdžiui, antikūnai atpažįsta organizme atsiradusius svetimkūnius, prie jų prisijungia ir užtikrina, jog imuninė sistema juos pašalintų. Didelė antikūnų (skirtingų baltymų formų) įvairovė nulemia tai, jog organizmas gali atpažinti daug skirtingų įsibrovėlių. Dar vienas baltymų pavyzdys – fermentai, kurie sintetina ir skaido įvairias chemines molekules taip užtikrindami viso organizmo metabolizmą. Fermentai atlieka ir daugybę kitų funkcijų, pavyzdžiui, kopijuoja DNR kodą.

Užauginti ir išskirti iš įvairių organizmų (pvz. E. coli, mielių, vabzdžių ląstelių), industrijoje baltymai yra naudojami itin plačiai ir aktyviai. Pavyzdžiui, maisto apdirbimui naudojami baltymai, kurie skaido lipidus ir angliavandenius. Gaminant chemikalus, fermentai vis dažniau naudojami vietoje cheminių katalizatorių, dėl savo nepaprasto efektyvumo ir ekologiškumo. Medicinoje rekombinantiniai baltymai, pavyzdžiui, peptidai, antikūnai, fermentai yra naudojami kaip vaistai. 2022 metais atlikta rinkos analizė (Allied Market Research) nurodė, jog terapinių baltymų rinka 2020 metais siekė 283.65 tūkstančius JAV dolerių.

Vis dėlto iš organizmų pasiskolinti baltymai industrijos dažnai netenkina savo savybėmis ar atliekamomis funkcijomis. Pavyzdžiui, jei baltymas buvo pasiskolintas iš organizmo gyvenančio 37°C temperatūroje, naivu tikėtis, jog ši molekulė bus pakankamai stabili procesui, kuris vyksta 80°C temperatūroje. Tai galima išspręsti keičiant baltymo aminorūgščių seką taip, kad jis įgautų pakitusią ar visiškai naują formą, kuri leistų jam dirbti aukštesnėje temperatūroje ar atlikti norimą funkciją. Šis procesas yra dar vadinamas baltymų inžinerija ar baltymų dizainu.

UAB „Biomatter Designs“ sprendžia baltymų inžinerijos problemas

UAB „Biomatter Designs” („Biomatter”) yra biotechnologijų ir dirbtinio intelekto įmonė, siekianti stipriai pagreitinti baltymų inžinerijos procesą ir atverti naujas, iki šiol sunkiai prieinamas šios srities galimybes. „Biomatter”sukūrė dirbtinio intelekto (DI) pagrindo platformą, skirtą perkelti eksperimentinius laboratorijos tyrimus į skaitmeninę erdvę. Kuriant naujas baltymų molekules, DI algoritmai leidžia vis tiksliau numatyti kokių pakeitimų reikia molekulėje, kad ji pasižymėtų norimomis funkcijomis.

„Vienas tokių DI algoritmų pavyzdžių yra pirmasis mūsų įmonės sukurtas algoritmas „Protein GAN“, – pasakoja pašnekovas. Šiuo nauju algoritmu demonstruojama, jog DI pagalba galima generuoti unikalius ir funkciškai aktyvius baltymus. Šio algoritmo tikslas – suprasti, kaip bendrąja prasme turi atrodyti funkcionalus baltymas. Mašininio mokymosi eigoje algoritmas išmoksta „paslėptas” taisykles, nusakančias ko reikia baltymui, jog jis susilankstytų į tinkamą formą ir būtų funkcionalus. Eksperimentiniu būdu ištyrus algoritmo sugeneruotus baltymus, 2019 metais „Biomatter” pademonstravo, jog šie baltymai, nors ir itin nutolę nuo natūralių baltymų naudotų mokymo procese ir skiriasi savo savybėmis, yra funkcionalūs. Taigi, jog DI algoritmai gali išplėsti jau egzistuojančių baltymų aibę ir greitai pasiūlyti naujus baltymus su unikaliomis savybėmis.

„Biomatter” sukurta platforma jau dabar leidžia tam tikras baltymų inžinerijos problemas sutrumpinti nuo mėnesių (ar metų) iki dienų ir yra sėkmingai taikoma komerciškai konstruojant naujus baltymus.

Pagrindiniai šios įmonės klientai yra biotechnologijų ir farmacijos įmonės, naudojančios baltymus savo procesuose arba pardavinėjančios juos. „Šioms įmonėms mes kuriame baltymus su naujomis funkcijomis ar savybėmis“, – pasakoja Laurynas Karpus.