محققان MIT مدل متن‌باز جدیدی برای پیش‌بینی ساختارهای زیست‌مولکولی معرفی کردند
دانشمندان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) مدل هوش مصنوعی قدرتمند و متن‌بازی به‌نام Boltz-1 عرضه کرده‌اند که می‌تواند پژوهش‌های زیست‌پزشکی و توسعه دارو را به‌طور قابل توجهی تسریع کند. این مدل به‌عنوان اولین مدل کاملاً متن‌باز، عملکردی هم‌تراز با AlphaFold3 (مدل توسعه‌یافته توسط Google DeepMind برای پیش‌بینی ساختارهای سه‌بعدی پروتئین‌ها و مولکول‌های زیستی) ارائه می‌دهد.
تیم تحقیقاتی MIT Jameel Clinic، شامل دانشجویان دکتری جرمی وُلوِند و گابریله کورسو به‌طور مشترک این مدل را توسعه داده‌اند، در همکاری با سارو پاسارو (عضو پژوهشی کلینیک جمیل) و اساتید MIT، رجینا بارزیلای و تومی یوکولا. این مدل در تاریخ ۵ دسامبر در مرکز استاتا MIT ارائه شد، جایی که توسعه‌دهندگان از هدف خود برای تقویت همکاری‌های جهانی، تسریع کشف‌های جدید و فراهم آوردن بستری قوی برای پیشبرد مدل‌سازی زیست‌مولکولی سخن گفتند.
به گفته کورسو، «ما امیدواریم این مدل نقطه شروعی برای جامعه علمی باشد. چیزی که باعث شده نام این مدل Boltz-1 باشد و نه Boltz، تأکید بر این نکته است که این تنها آغاز مسیر است و می‌خواهیم از مشارکت جامعه علمی حداکثر استفاده را ببریم.»
نقش پروتئین‌ها در زیست‌شناسی و چالش‌های موجود
پروتئین‌ها نقش اساسی در اغلب فرآیندهای زیستی ایفا می‌کنند و شکل آن‌ها رابطه مستقیمی با عملکردشان دارد. بنابراین، درک ساختار پروتئین‌ها برای طراحی داروهای جدید یا مهندسی پروتئین‌های با قابلیت‌های خاص، حیاتی است. اما پیش‌بینی دقیق این ساختارها به‌دلیل فرآیند پیچیده تا شدن زنجیره‌های آمینواسیدی پروتئین‌ها به یک ساختار سه‌بعدی، دهه‌هاست که چالشی بزرگ محسوب می‌شود.
این چالش توسط AlphaFold2 (مدل دیگری از DeepMind که ساختارهای سه‌بعدی پروتئین‌ها را با دقت بالا پیش‌بینی می‌کند) تا‌حدی حل شده بود. این مدل جوایز متعددی کسب کرده و ابزار ارزشمندی برای محققان دانشگاهی و کسب‌وکارهای مرتبط فراهم آورده است. اما نسخه جدیدتر یعنی AlphaFold3 که از الگوریتم‌های پیشرفته‌تر مانند مدل‌های انتشار (diffusion model) بهره می‌برد، به‌طور کامل متن‌باز نیست و موارد استفاده تجاری را پوشش نمی‌دهد. این محدودیت باعث انتقاداتی در جامعه علمی شده و یک رقابت جهانی برای توسعه نسخه‌ای تجاری و متن‌باز از این مدل را رقم زده است.
چگونه Boltz-1 توسعه یافت؟
محققان MIT برای توسعه Boltz-1، ابتدا از همان رویکرد اولیه AlphaFold3 استفاده کردند. اما پس از مطالعه دقیق مدل انتشار پایه، تغییراتی برای بهبود عملکرد مدل به آن اعمال کردند. این تغییرات شامل الگوریتم‌های جدید برای افزایش دقت و کارایی مدل بود. همچنین، کل فرآیند آموزش و تنظیم دقیق این مدل به‌صورت متن‌باز ارائه شده است، تا سایر محققان بتوانند به توسعه آن ادامه دهند.
رجینا بارزیلای از MIT در این باره می‌گوید: «من عمیقاً به تیم توسعه Boltz-1 افتخار می‌کنم. این پروژه حاصل تلاش شبانه‌روزی برای ماه‌هاست که نقاط عطف هیجان‌انگیزی را در پیش خواهد داشت.»
برای ساخت Boltz-1، تیم MIT بیش از چهار ماه بر روی داده‌های پیچیده بانک داده‌های پروتئینی (Protein Data Bank) که شامل اطلاعات متنوع و گاه متناقض است، کار کردند. وُلوِند در این باره می‌گوید: «خیلی وقت‌ها شب‌ها تا دیر وقت مشغول کشتی گرفتن با این داده‌ها بودم. در نهایت هیچ راه میانبری جز کسب دانش عمیق در این حوزه وجود ندارد.»
مشارکت جامعه علمی و آینده Boltz-1
آزمایش‌های اولیه Boltz-1 نشان داد که این مدل به همان سطح دقت AlphaFold3 در پیش‌بینی ساختارهای پیچیده زیست‌مولکولی دست یافته است. تومی یوکولا در این باره می‌گوید: «کار جرمی، گابریله و سارو تحولی چشمگیر است که پیش‌بینی ساختار زیست‌مولکولی را در دسترس‌تر می‌کند و به پیشرفت‌های عظیم در علوم مولکولی منجر خواهد شد.»
این تیم قصد دارد به بهبود عملکرد Boltz-1 و کاهش زمان لازم برای انجام پیش‌بینی‌ها ادامه دهد. همچنین، آن‌ها از دیگر محققان دعوت کرده‌اند تا مدل Boltz-1 را از درگاه GitHub آن‌ها اینجا دریافت کرده و تجربیات خود را از طریق کانال Slack مدل اینجا به اشتراک بگذارند.
وُلوِند می‌گوید: «ما معتقدیم سال‌ها کار برای بهبود این مدل‌ها پیش رو داریم و از همکاری با دیگران برای مشاهده کاربردهای خلاقانه این ابزار بی‌صبرانه استقبال می‌کنیم.»
Boltz-1، انقلابی در تحقیقات زیست‌پزشکی
ماتای مامِن، مدیرعامل Parabilis Medicines، Boltz-1 را یک مدل «انقلابی» می‌داند و می‌گوید: «MIT Jameel Clinic با متن‌باز کردن این مدل، دسترسی به ابزارهای پیشرفته زیست‌شناسی ساختاری را دموکراتیک کرده است. این گام مهم توسعه داروهای نجات‌بخش را تسریع خواهد کرد.»
همچنین، جاناتان وایسمن، استاد زیست‌شناسی MIT، اظهار می‌کند: «Boltz-1 برای کل جامعه علمی امکان‌پذیری زیادی را فراهم می‌کند. با متن‌باز بودن این مدل، جامعه علمی شاهد موجی از کشفیات جدید خواهد بود.»
توسعه Boltz-1 همچنین با حمایت مالی برنامه‌های مختلفی از جمله بنیاد ملی علوم ایالات متحده، Jameel Clinic، برنامه DOMANE و پروژه MATCHMAKERS صورت گرفته است.
لینک‌های مرتبط: MIT Jameel Clinic