Mark Zuckerberg und Priscilla Chan gaben heute den Start einer einzigartigen Initiative bekannt, die bahnbrechende künstliche Intelligenz und Grenzbiologie kombiniert, um den wissenschaftlichen Fortschritt beim Verständnis und der Behandlung menschlicher Krankheiten drastisch zu beschleunigen.

Seit seiner Gründung im Jahr 2016 haben die multidisziplinären Teams aus Wissenschaftlern und Ingenieuren von Biohub bahnbrechende Technologien zur Beobachtung, Messung und Programmierung der Biologie auf zellulärer Ebene entwickelt. Die Organisation hat die größten Einzelzelldatensätze erstellt und umfangreiche Rechenleistungen für die biologische Forschung etabliert – Ressourcen, die es sonst nirgendwo gibt.

Heute eröffnen Fortschritte in der künstlichen Intelligenz der Wissenschaft neue Grenzen. Um diesem Moment gerecht zu werden, startet Biohub die erste groß angelegte wissenschaftliche Initiative, die sich der Weiterentwicklung künstlicher Intelligenz für die Biologie widmet. Die biomedizinische Forschungsorganisation ist einzigartig positioniert, um diese Bemühungen anzuführen, indem sie erstklassige Rechenkapazität, bahnbrechende KI-Forschung und -Technik sowie modernste experimentelle und bildgebende Technologien kombiniert.

Als wir anfingen, war es unser Ziel, Wissenschaftlern dabei zu helfen, alle Krankheiten dieses Jahrhunderts zu heilen oder zu verhindern. Mit den Fortschritten in der KI glauben wir nun, dass dies viel früher möglich sein könnte. Die Beschleunigung der Wissenschaft ist unserer Meinung nach die positivste Wirkung, die wir erzielen können. Deshalb widmen wir uns in unserem nächsten Kapitel voll und ganz der KI-gestützten Biologie.“

Mark Zuckerberg, Mitbegründer von Biohub

Um diese Arbeit zu beschleunigen, wird EvolutionaryScale, ein Pionier-KI-Forschungslabor und gemeinnütziges Unternehmen, das bahnbrechende groß angelegte KI-Systeme für die Biowissenschaften entwickelt hat, Biohub beitreten. Alex Rives, Mitbegründer und leitender Wissenschaftler von EvolutionaryScale – und ein Informatiker, der für seine Pionierarbeit bei der Erschließung des Bereichs der KI-Sprachmodellierung in der Biologie bekannt ist – wird als wissenschaftlicher Leiter fungieren und eine integrierte Forschungsstrategie für experimentelle Biologie, Daten und künstliche Intelligenz leiten.

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„Fortschritte in der künstlichen Intelligenz geben uns bereits neue Werkzeuge zum Verständnis und zur Entwicklung der Biologie“, sagte Wissenschaftsleiter Alex Rives. „Wenn wir bahnbrechende künstliche Intelligenz mit der Generierung biologischer Daten in großem Maßstab und kreativer experimenteller Wissenschaft zusammenbringen, kann es möglich sein, die Geschwindigkeit, mit der grundlegende neue wissenschaftliche Entdeckungen gemacht werden können, erheblich zu beschleunigen.“

Das gemeinsame Team aus Wissenschaftlern, Ingenieuren und KI-Forschern wird die Datensätze, Labortechnologien und Modellinnovationen entwickeln, die zum Aufbau der nächsten Generation von KI-Systemen erforderlich sind, um die Zukunft der biologischen Entdeckung und Krankheitsforschung voranzutreiben. Um diese Bemühungen voranzutreiben, erweitert Biohub seine Rechenkapazität bis 2028 um das Zehnfache auf 10.000 GPUs und kanalisiert seine Ressourcen in die Datengenerierung und experimentelle Biologie.

Biohub hat sich vier großen wissenschaftlichen Herausforderungen verschrieben: Entwicklung eines einheitlichen KI-basierten Modells der Zelle, um vorherzusagen und zu verstehen, wie sich Zellen im menschlichen Körper verhalten; Weiterentwicklung modernster Bildgebungssysteme zur Visualisierung komplexer biologischer Prozesse in beispiellosem Maßstab; Schaffung neuer Instrumente zur Überwachung und Modulation von Entzündungen in Echtzeit; und die Verwendung von KI zur Neuprogrammierung und Nutzung des Immunsystems zur Früherkennung, Vorbeugung und Behandlung von Krankheiten. Gemeinsam zielen diese Bemühungen darauf ab, das Innenleben der menschlichen Biologie zu entschlüsseln und wissenschaftliche und medizinische Durchbrüche zu ermöglichen.

„Als ich als Kinderärztin an der UCSF arbeitete, behandelte ich Kinder mit Krankheiten, deren Erkrankungen in vielen Fällen der Wissenschaft immer noch Rätsel aufgaben“, sagte Priscilla Chan, Mitbegründerin von Biohub. „Was ich mehr als alles andere wollte, war eine Möglichkeit zu sehen, was in ihren Zellen vor sich ging – wie genetische Mutationen in verschiedenen Zelltypen zum Ausdruck kamen und was genau kaputt ging.

Eine Vision für eine KI-gestützte Biologie

Die KI-gestützte Biologieinitiative von Biohub zielt darauf ab, leistungsstarke KI-Systeme zu schaffen, die über die Biologie nachdenken und sie darstellen können, um die Wissenschaft zu beschleunigen:

  • Virtuelle Biologie: Während wir hochauflösende digitale Darstellungen von Molekülen, Genomen, Zellen und lebenden Systemen erstellen, werden wir zunehmend in der Lage sein, wissenschaftliche Fragen digital zu stellen und virtuelle Experimente in einem Umfang und Tempo durchzuführen, die weit über das hinausgehen, was im Labor möglich ist. Digitale Darstellungen der Biologie werden es Wissenschaftlern ermöglichen, experimentelle Ergebnisse zu simulieren und biologische Systeme mit beispielloser Geschwindigkeit und Tiefe zu erforschen, sodass sie grundlegende Fragen auf noch nie dagewesene Weise stellen und beantworten können.

  • Beschleunigte Entdeckung: Gleichzeitig arbeiten wir an einer wissenschaftlichen künstlichen Intelligenz, die die wissenschaftlichen Daten der Welt analysieren, aus ihnen lernen und synthetisieren kann, um grundlegende Erkenntnisse zu gewinnen und die Geschwindigkeit zu beschleunigen, mit der neue wissenschaftliche Entdeckungen gemacht werden können.

Biohub wird diese leistungsstarken Technologien erforschen, aufbauen und skalieren – und sie Wissenschaftlern zur Verfügung stellen, um grundlegende Fortschritte in der Biologie und bahnbrechenden medizinischen Anwendungen voranzutreiben. Wenn wir bei solchen Systemen Fortschritte machen, glauben wir, dass es irgendwann möglich sein könnte, innerhalb von Monaten jahrzehntelange Entdeckungen zu machen.

Wir glauben, dass dies zusammenkommen wird, um die Pioniermedizin zu erschließen. KI könnte Fortschritte wie die Früherkennung, Überwachung und Prävention von Krankheiten ermöglichen; programmierbare zellulare Medikamente; personalisierte, auf Gen-Editing basierende Heilmittel; und Ansätze zur Vorbeugung und Heilung entzündlicher und chronischer Erkrankungen.

Frühe Meilensteine: Virtuelles Immunsystem und neue KI-Modelle

Während Biohub an dieser längerfristigen Roadmap arbeitet, teilen wir heute auch mehrere Updates zu unserer laufenden Arbeit mit:

Biohub bringt das Virtual Immune System auf den Markt, ein Flaggschiffprojekt zur Modellierung der immensen Komplexität des menschlichen Immunsystems. Ziel ist es, das Verständnis der immunologischen Wissenschaft zu verändern – indem es die Tür für die Entwicklung der menschlichen Gesundheit öffnet, Immuntherapien simuliert, dysfunktionale Zellen umprogrammiert und Krankheiten vorbeugt, bevor sie entstehen.

Und Biohub stellt drei neue Modelle auf seiner Plattform für virtuelle Zellen frei zur Verfügung:

  • VariantFormer: ein Modell, das persönliche genetische Variationen direkt in gewebespezifische Genaktivitätsmuster übersetzt;

  • CryoLens: ein durchgängiges, vorab trainiertes Großmodell für KryoET, das eine unbeaufsichtigte Strukturähnlichkeitsanalyse ermöglicht; Und

  • scLDM: ein neues KI-Modell, das realistische Einzelzellendaten generieren kann in silico in beispielloser Treue.

Diese ergänzen andere führende Modelle, die kürzlich zur Verfügung gestellt wurden, darunter GREmLN, ein graphenbasiertes Modell zum Verständnis, wie Genregulationsnetzwerke das Zellverhalten steuern, und rBio, ein konversationsbasiertes Sprachmodell, das biologisches Denken durchführen und wissenschaftliche Erkenntnisse leichter zugänglich machen soll, sowie andere Modelle, die eine umfassende Plattform für KI-basierte Forschung in der Biologie bieten.

Rasante Fortschritte in der Technologie treiben eine Revolution in den Biowissenschaften voran – wo bahnbrechende KI und virtuelle Biologie diese nächste Ära der biologischen Entdeckung prägen. Biohub wird seit seinen Anfängen weiterhin verantwortungsvoll mit der weltweiten wissenschaftlichen Gemeinschaft zusammenarbeiten und Datensätze und Modelle frei teilen, um den Zugang zu Spitzentechnologien für Forschung und Entdeckung zu demokratisieren.

Quellen:

Chan Zuckerberg Initiative