Как Imperagen пытается заново изобрести инженерии ферментов с помощью ИИ и квантовых симуляций

Однако подобрать фермент с нужными характеристиками — например, стабильностью, скоростью реакции или селективностью — непросто. Классический метод заключается в создании тысяч вариантов фермента и их лабораторном тестировании.

Этот подход, известный как направленная эволюция, требует множества циклов мутаций и скрининга, что может занимать месяцы или даже годы и требует значительных лабораторных ресурсов.

Платформа Digital Enzyme Evolution

Imperagen пытается цифровизировать этот процесс. Компания называет свою систему Digital Enzyme Evolution — платформой, которая объединяет вычислительные модели, машинное обучение и лабораторную автоматизацию в единую систему разработки ферментов.

Вместо того чтобы полагаться исключительно на экспериментальный скрининг, система работает в замкнутом цикле design‑build‑test‑learn — «спроектировать, создать, протестировать, обучиться».

Квантово‑физические симуляции

На первом этапе используются модели, основанные на квантовой механике, чтобы предсказать поведение ферментов на молекулярном уровне.

Такие симуляции позволяют изучать структуру фермента, механизм реакции и динамику молекул до проведения лабораторных экспериментов. Это помогает определить наиболее перспективные мутации и сократить количество вариантов, которые нужно проверять в реальности.

ИИ‑модели для поиска ключевых мутаций

Затем в работу вступают модели машинного обучения, обученные на экспериментальных данных.

Они анализируют структуру белка и ищут так называемые «горячие точки» (hotspots) — участки, где изменение аминокислотной последовательности может улучшить активность фермента, его стабильность или пригодность для промышленного производства.

По мере накопления данных от новых экспериментов точность моделей может постепенно расти.

Роботизированные лаборатории и замкнутый цикл

Когда модели предлагают новые варианты фермента, автоматизированные лаборатории синтезируют и тестируют их.

Роботизированные системы выполняют создание, экспрессию и анализ ферментных вариантов, а полученные данные сразу возвращаются в вычислительные модели. Так формируется непрерывный цикл оптимизации, в котором каждая серия экспериментов улучшает следующую.

Почему это важно для разных отраслей

Ферменты играют роль биокатализаторов во множестве промышленных процессов. Поэтому более быстрые и точные методы их разработки могут повлиять на целый ряд отраслей.

Фармацевтика

В производстве лекарств ферменты позволяют проводить более селективные химические реакции и упрощать синтез сложных молекул. Это может снизить количество этапов производства и уменьшить объем химических отходов.

Технология Imperagen изначально создавалась, в частности, для задач поиска лекарств и разработки биокатализаторов для фармацевтики.

Промышленная биотехнология и химия

Многие компании пытаются заменить традиционные химические катализаторы биологическими альтернативами.

Более эффективные ферменты могут уменьшить:

• потребление энергии
• расход сырья
• образование вредных побочных продуктов

Это особенно важно для производства тонких химикатов, косметических ингредиентов и других промышленных материалов.

Пищевая промышленность, биотопливо и сельское хозяйство

Похожие технологии могут применяться и в других секторах, где используются специализированные ферменты:

• переработка пищевых ингредиентов
• производство биотоплива из растительной биомассы
• агробиотехнологии

Например, новые ферменты могут работать при более высоких температурах, выдерживать агрессивные промышленные условия или перерабатывать более дешёвое сырьё. Однако источники пока дают ограниченную информацию о конкретных коммерческих проектах Imperagen в этих секторах.

Роль нового финансирования

Imperagen недавно привлекла £5 млн посевных инвестиций, раунд возглавил венчурный фонд PXN Ventures при участии существующих инвесторов IQ Capital и Northern Gritstone.

Компания заявляет, что средства пойдут на:

• развитие квантово‑физических моделей и ИИ
• расширение автоматизированной лабораторной инфраструктуры
• масштабирование платформы для коммерческих проектов и партнерств

Одновременно с финансированием Гай Леви‑Юриста, PhD, был назначен генеральным директором. Он ранее занимался масштабированием технологических компаний и выводом deep‑tech проектов на рынок.

Более широкий тренд: «techbio»

Imperagen относится к быстро растущей категории компаний techbio — стартапов, которые объединяют вычислительные технологии и автоматизированную биологию.

Идея заключается в том, чтобы соединить симуляции, искусственный интеллект и роботизированные лаборатории в единую систему обратной связи, которая обучается на каждом эксперименте.

Если такой подход окажется масштабируемым, разработка ферментов может перейти от экспериментального ремесла к полноценной инженерной дисциплине, управляемой данными.

Пока эта модель находится на ранней стадии развития. Большая часть заявлений о преимуществах платформы исходит от самой компании, а независимые бенчмарки по скорости, стоимости и эффективности разработки ферментов остаются ограниченными. Но при успешной реализации такие системы могут существенно ускорить появление новых биокатализаторов в фармацевтике, химии и промышленной биотехнологии.