Виртуальный ты. Как создание цифровых близнецов изменит будущее человечества

Таким образом, Питер и его команда могли использовать суперкомпьютеры для прогнозирования превращений хорошо изученной молекулы лекарства через нереальные промежуточные соединения, остроумно названные «алхимическими» промежуточными продуктами (поскольку они не существуют в реальном мире), в неиспытанную молекулу, чтобы подсчитать, насколько хорошо последняя может работать как лекарство. Они обнаружили, что, несмотря на алхимию, этот подход может дать реалистичное представление об относительной способности лекарства связываться с белком до и после мутации.

Команда Питера из UCL также предсказала эффективность препаратов, которые влияют на ключевые белки ВИЧ-1, такие как ингибиторы протеазы ВИЧ. Результаты действительно совпадают с экспериментальными данными, которые так же важны для открытия лекарств, как и для научного метода[314]. Однако это ни в коем случае не означает конец применения к ВИЧ вычислительных методов. В рамках связанной с этим работы с Питером Слоотом, который руководил проектом ViroLab, виртуальной лабораторией для моделирования инфекционных заболеваний в Институте перспективных исследований в Амстердаме, Питер и многие его коллеги работали над моделями от взаимодействий на молекулярном уровне в течение наносекунд до социологических взаимодействий на эпидемиологическом уровне, охватывающих годы прогрессирования заболевания[315], и протестировали их в шести больницах.

Исследования такого рода, которые проводятся многими другими командами, открывают перспективу изучения того, как пациент с определенным генетическим составом будет реагировать на конкретное лекарство. Эта продуктивная форма алхимии может выйти за рамки персонализированного открытия лекарств и также может показать, что распространенные мутации в генетическом коде человека вызывают приобретенную устойчивость к лекарствам против рака молочной железы, таким как тамоксифен и ралоксифен. Мечта состоит в том, чтобы однажды врач мог взять ваш генетический код и в течение нескольких часов разработать для вас лучшее лекарство или комбинацию лекарств от рака.

Этот подход также был адаптирован для борьбы с устойчивостью к противомикробным препаратам (одной из самых больших угроз для здоровья сегодня и для медицины будущего) бывшим аспирантом Питера Филипом Фаулером, работающим с отделом общественного здравоохранения Англии в медицинском департаменте Наффилда и больнице Джона Рэдклиффа в Оксфордском университете[316]. Объединив секвенирование генома туберкулезных микробов и алхимические расчеты свободной энергии, его команда может определить, как быстро может развиться устойчивость к тому или иному лекарству, генерируя результаты достаточно быстро для использования в клинике[317]. Команда Оксфорда возглавляет инициативу, известную как Глобальная система анализа патогенов, направленную аналогичным образом на борьбу с лекарственной устойчивостью COVID-19[318].

Рисунок 28. На этом рисунке изображен коронавирус, только что проникший в легкие, окруженный слизью, выделяемой респираторными клетками, секретируемыми антителами и несколькими небольшими белками иммунной системы. Вирус окружен мембраной, которая включает белок S (шип), который обеспечивает прикрепление и проникновение в клетки (создано Дэвидом С. Гудселлом, rcSB Protein data Bank)

Исчисляя рак

Хотя рак часто изображают как сложное заболевание, которое проявляется во многих формах, от внушительных опухолей до рака крови, в каком-то смысле его легко понять. Ваше тело зависит от тонкой координации между огромным спектром и количеством клеток – всего около 37,2 триллиона – от мышечных клеток, которые позволяют вам шевелить пальцами ног, до нервов, которые передают электрические импульсы по вашему мозгу[319].

Обычно (хотя и не всегда), когда происходит мутация, изменяющая код ДНК, на клеточном уровне происходит нарушение взаимодействия. Возможно, мутация заставляет клетку делиться, хотя этого не следует делать, или препятствует механизмам восстановления клеток, или предотвращает самоубийство клетки (процесс, называемый апоптозом), когда организм приказывает ей самоуничтожиться ради общего блага. Клетки, нарушающие порядок, могут, если их не остановить, начать размножаться для выполнения своих собственных эгоистичных задач, а не целей организма. Когда кооперация нарушается, и индивидуальные мотивы клеток начинают доминировать, результатом становится рак[320].