В лаборатории в Сиэтле команда учёных под руководством Хету Камисетти работает над созданием биотехнологической компании будущего. Xaira Therapeutics, стартап, ориентированный на ИИ, был запущен в апреле и уже привлёк более $1 миллиарда от инвесторов, включая Роберта Нельсена, управляющего директора Arch Venture Partners, и Викрама Баджаджа, управляющего директора Foresite Capital.

Все основатели команды разработчиков Xaira являются выпускниками IPD. Натаниэль Беннетт помог разработать RFDiffusion, инструмент на базе искусственного интеллекта, используемый для проектирования белков со свойствами, подобными свойствам лекарств. Юстас Даупарас является одним из учёных, стоящих за другой моделью IPD, ProteinMPNN. Бувэй Хуан — недавний аспирант IPD, а Филип Леунг — бывший постдок. IPD (Institute for Protein Design) — это Институт дизайна белков, который является исследовательским центром в Вашингтонском университете. Институт занимается разработкой новых методов и технологий для проектирования и создания белков с заданными свойствами, а также исследованиями в области белковой инженерии и синтетической биологии.

Xaira была основана с целью создания моделей IPD, таких как RFDiffusion и ProteinMPNN, и выхода за их рамки для разработки новых терапевтических средств на основе белков и других молекул. Учёные Xaira интегрируют молекулярный подход с другими подходами на основе ИИ для разработки лекарств.

Модель глубокого обучения RFDiffusion в действии. Здесь она генерирует новую конструкцию белка (оранжевый) для связывания с рецептором инсулина (синий). Источник: IPD

«Если вы думаете об открытии лекарств, то это связывает мир химии и молекул с миром болезней и пациентов. Вам нужно охватить все это пространство, чтобы добиться значимого прогресса», — сказал Камисетти, соучредитель Xaira.

Рынок потенциально огромен. Биологические препараты, такие как терапевтические препараты на основе белка, составили треть одобренных лекарств в 2022 году.

Десять лет назад Камисетти был старшим научным сотрудником в лаборатории Дэвида Бейкера, ныне главы IPD, когда проектирование белков было ещё зарождающимся начинанием.

Теперь эта область процветает, и IPD находится в её центре. За последние пять лет IPD выделила пять компаний и добилась успешных выходов из своих предыдущих запусков. PvP Biologics была продана за $330 миллионов в 2020 году, а компания по разработке вакцин Icosavax была куплена за $1,1 миллиарда в феврале. Бейкер стал соучредителем 21 компании, включая Xaira. В 2021 году Бейкер получил престижную премию Breakthrough Prize в области естественных наук, а также он и его коллеги разделили награду журнала Science «Прорыв года» с DeepMind.

Science признала исследователей за их инструменты глубокого обучения для предсказания того, как белки складываются в трёхмерные формы. Этот подвиг ошеломил учёных и подготовил почву для более поздних «генеративных» моделей, таких как ProteinMPNN, RFDiffusion и, совсем недавно, RFantibody.

Эти генеративные модели помогают создавать новые белки на основе вводной информации о том, как они должны выглядеть или действовать, или с какими другими молекулами они должны взаимодействовать. Процесс примерно похож на то, как ChatGPT или DALL-E генерируют текст или изображения на основе подсказок.

Источник: DALL-E

Модели помогают исследователям создавать потенциальные терапевтические средства, такие как белки, которые связываются с клеточными молекулами, участвующими в заболевании, и нейтрализуют их.

Допарас присоединился к IPD, получив учёную степень по математике и биофизике, поскольку интерес к теперь уже известной публикации 2017 года «Внимание — это все, что вам нужно» рос. Позднее эта публикация привела к появлению популярных сегодня моделей генеративного ИИ.

«Когда эта работа вышла, мы начали думать: "Это можно применить к белкам"», — сказал он. Теперь эта область предлагает возможность создания терапевтических белков, которые превосходят замыслы природы.

Традиционно новые терапевтические средства на основе белков берут начало из природных шаблонов, таких как антитела, выработанные у мышей. Природные антитела можно превратить в лекарства, нацеленные на клеточные мишени. Но такие антитела не всегда работают. Некоторые мишени непримиримы и не дают новых терапевтических средств — на отраслевом жаргоне эти мишени «не поддаются лечению».

Молекулярный подход имеет потенциал для успешного достижения этих сложных целей, говорят исследователи Xaira. Технология IPD уже продемонстрировала возможность создания новых конструкций, не встречающихся в природе. К ним относятся совершенно новые антитела и минипротеины, которые связываются с биомаркерами человека и другими биологическими молекулами.

Xaira молчит о своих терапевтических областях. Но у компании есть большая цель, которая выделяет её, как сказал Хуан: «Покорение не поддающихся лечению целей».

Это видение помогло привлечь некоторых крупных венчурных капиталистов. Среди соучредителей — Роберт Нельсен, управляющий директор Arch Venture Partners, известный тем, что делает большие ставки в биотехнологии, и Викрам Баджадж, управляющий директор Foresite Capital.

Xaira была совместно инкубирована Arch и Foresite Labs и финансировалась множеством других инвесторов. Бывший президент Стэнфорда и учёный Genentech Марк Тессье-Лавин был выбран в качестве генерального директора.

Большинство из 80 сотрудников Xaira работают в штаб-квартире в районе залива Сан-Франциско, несколько человек — в Лондоне и 15 человек — в Сиэтле.

Здание Вашингтонского университета IPD видно через озеро из кабинета Ксайры в здании факультета естественных наук Декстер-Ярда.

«Очень мало мест, где технологии и биотехнологии сочетаются так, как в Сиэтле. Для разработки белков это место как раз то, что нужно», — сказал Камисетти, который намерен довести команду в Сиэтле до двух десятков сотрудников к концу года.

Бувэй Хуан (справа) и остальные члены команды Xaira.  Источник: GeekWire Photo / Charlotte Schubert

Лабораторные тесты оценивают, насколько хорошо белки «прилипают» к определённым клеточным мишеням, и исследуют другие свойства, такие как стабильность. Данные быстро возвращаются в модели белков, что позволяет проводить следующую итерацию молекулярного дизайна.

«Мы хотим ускорить цикл обратной связи от создания экспериментальных данных до модели», — сказал Хуан. После того, как исследователи спроектируют молекулы и проведут первоначальные испытания, перспективные кандидаты направляются в лаборатории Bay Area. Там их подвергают дальнейшему тестированию и доработке с целью подготовки к клиническим испытаниям.

Соседями Xaira в Декстер-Ярде являются стартап Outpace Bio, специализирующийся на разработке белков в области клеточной терапии, и дочерняя компания IPD Monod Bio, которая недавно выпустила свой первый продукт для молекулярных анализов.

За пределами Декстер-Ярда Yard Xaira соперничает с множеством конкурентов. Среди них — стартап Insitro, работающий на искусственном интеллекте, который привлёк $400 млн в 2021 году, и Generate:Biomedicines, который финансируется почти $750 млн и использует собственную модель проектирования белков Chroma. В августе Exscientia объединилась с Recursion в компанию, ориентированную на машинное обучение, с финансированием в $850 млн.

Биотехнологический ландшафт меняется, сказал Камисетти. Крупные биотехнологические компании сегодня не будут крупными компаниями завтра. Победителями, сказал он, станут «цифровые аборигены».

«Чтобы стать успешной биотехнологической компанией,нужно опираться на ИИ. Я считаю, что через пять или десять лет именно так будут осуществляться биотехнологии и разработка лекарств», — сказал Камисетти.

Подробнее на iXBT