أداة ذكاء اصطناعي ترسم خريطة للجزيئات الصغيرة المخفية

قدم باحثون من معهد بويث تومبسون بجامعة كورنيل ومعهد كورنيل للذكاء الاصطناعي في العلوم أداة ذكاء اصطناعي مبتكرة باسم AIMe، تهدف إلى تجاوز عقبة تحديد هوية الجزيئات الصغيرة في العينات البيولوجية والميكروبيوم البشري. وتعمل الأداة على معالجة محدودية المكتبات التجريبية التقليدية التي تغطي أقل من واحد بالمائة من المركبات المعروفة، عبر التنبؤ بحوالي 800 مليون طيف كتلي بدقة عالية، مما يوسع المساحة الكيميائية القابلة للبحث بألف مرة مقارنة بالمراجع المعملية الحالية. تعتمد AIMe على نموذج هجين يجمع بين الذكاء الرمزي والشبكات العصبية، ويُعرف بـ DeepMS2Reasoner. يحاكي هذا النموذج عملية تحلل الجزيئات داخل مطياف الكتلة خطوة بخطوة، مستخدماً قواعد كيميائية رمزية لتحديد المسارات المنطقية للتفتت، ثم يطبق الشبكات العصبية لحساب احتمالات كل مسار بدقة. وتُخزن هذه التنبؤات في مورد بحثي ضخم يُعرف بـ MS2KOSMOS، مما يوفر خريطة شاملة وقابلة للبحث عن طيفيات الجزيئات العضوية الصغيرة، ويسهل توليد الفرضيات العلمية وتسريع عملية التأهيل الهيكلي للمركبات المجهولة. اختبر الفريق فعالية الأداة عملياً من خلال تحليل بيانات الأيض الدقيقة للفئران، مقارناً بين تلك الخالية من الميكروبات وتلك التي تمتلك ميكروبيوماً طبيعياً. وكشفت النتائج عن آلاف الاختلافات الكيميائية غير المأهولة، إلا أن AIMe تمكنت من مطابقة طيفيات 111 مركباً غزيراً منها، ووفرت تفسيرات بنيوية قابلة للتحقيق المخبري. وسجلت الأداة نجاحاً ملحوظاً في مجال مشتقات البولي أمين، حيث أدت التنبؤات إلى اكتشاف شكل حلقي غير مسبوق لمركب بولي أمين ماكروسايكلي، تم تأكيده مخبرياً وتصنيعه، ليُكتشف لاحقاً في عينات براز بشرية، مما يشير إلى اكتمال أقل بكثير للكتالوج الحيوي المعوي مقارنة بالتقديرات العلمية السابقة. وسّع الباحثون نطاق الاختبار ليشمل مليونين و690 ألف عنقود طيفي من المستودعات العالمية الكبرى للمنتجات الطبيعية، متجاوزين بكثير جهود التدوين السابقة التي لم تتجاوز الأربعمائة ألف عنقود. وتُعد هذه الخطوة نقلة نوعية في تسريع اكتشاف المركبات الحيوية وفهم التفاعلات المعقدة بين النظام الغذائي والميكروبيوم والمناعة. وستُنشر الدراسة ضمن نسخة أولية على موقع bioRxiv، مع إتاحة الأداة علناً، وإفراغ الشفرة المصدرية للنشر العلمي، مما يفتح آفاقاً جديدة للبحوث الطبية والكيميائية المعتمدة على الذكاء الاصطناعي.