5月30日消息,在中关村论坛“人工智能驱动的科学研究论坛”上,知名计算生物学家、分子之心创始人、清华大学智能产业研究院(AIR)卓越访问教授许锦波表示,AI生物已经成为全球科技融合创新的新核心领域,在以AI蛋白质设计技术为代表的新兴技术驱动下,生物科技领域正在发生颠覆性的变化,“AI生物大模型将加速这一进程”。
许锦波教授被业界誉为“AI蛋白质折叠奠基人”,他于2016年发明了第一代AI蛋白质结构预测方法,首次证明深度学习方法预测蛋白质结构的可行性,在蛋白质结构预测这一困扰了科学家近60年、极具挑战性的领域做出了开创性的贡献。谷歌旗下DeepMind开发的AlphaFold算法便是基于他的核心思想。
许锦波认为,当前AI被视为新一轮科技革命和产业变革的核心驱动力量,生物经济也已经成为全球多个国家重点投入的战略领域,AI与生物正在融合发展,成为全球科技竞争新的核心领域,并将带动数万亿的直接经济收益。
“作为生物科技的底层基础,过去几年,蛋白质结构预测与AI的融合为生命科学带来了颠覆性变革。”许锦波介绍,蛋白质是生命的基础,蛋白质药物和相关制品在生命健康、工业、农业等领域拥有巨大的价值。从上世纪50年代开始,科学家使用X射线、核磁共振、冷冻电镜等各种方式,希望“看清”蛋白质的三维结构,以分析其功能,但囿于技术局限,成功率极低。历史上成功解析出某种蛋白质结构、或是在解析技术上取得突破的科学家们屡获诺奖,足见这一问题的难度和价值。
“借助AI方法,人类基本解决了蛋白质结构预测的难题,”许锦波表示,但这只是一个开始,根据特定的功能需求设计自然界不存在的蛋白质,或者改造已有的蛋白质,才能为生物科技带来真正的颠覆性突破,为整个生物经济带来重构的机遇。“药物研发,以农业育种、绿色农药为代表的的绿色农业,高性能材料,环境保护,食品等领域都将得益于AI蛋白质设计技术的发展。”
比如在传统的农业领域,AI蛋白质设计技术被用于生物育种以提升农作物的广谱抗性、产量、品质等关键指标,也可以被用于研发对人类健康安全无害、对环境友好的绿色农药,保障粮食安全与食品安全。
在创新药研发领域,传统新药研发的“双十定律”正在被打破,AI蛋白设计技术正在推动大分子创新药研发范式变革,将传统的筛选“试错”模式变成可预测、可编程, 从而提升研发效率和成功率。
在绿色低碳这一全球性议题上,AI蛋白质设计技术正在作为底层基础技术支撑新材料、新能源等行业转型升级,并在消除白色污染等改善环境的工作上发挥价值。
在许锦波看来,AI蛋白质设计“很难但很有意义”。近期ChatGPT引爆生成式AI浪潮,但他早在2019年就在使用类似方法开发蛋白质设计算法。“我们正在开发AI蛋白质生成大模型,用通用性强的底层算法来构建‘基础设施’,满足多元化、个性化的产业级蛋白质生成需求。”
基于AI算法突破,许锦波带领团队面向产业需求推出了AI 蛋白优化和设计平台“MoleculeOS”,面向药物设计、生物制造等领域真实需求,用“生成”而非“发现”蛋白质的方法,设计出具有特定功能的蛋白质产品。基于该平台从头设计的绿色荧光蛋白,与自然界中荧光蛋白的构象完全不同,却在生物实验中表现出了一致的功能甚至更高的性能;基于该平台改造过的高毒性蛋白药物,经动物实验验证具备良好的药效和明显的减毒特性;经该平台改造过的工业酶也在热稳定性上获得了大幅改进。
“实验结果说明我们的AI算法是有普适性的,可以用于各种模态的蛋白质设计,从而支持大规模的产业级应用。”许锦波对AI蛋白设计未来的价值成竹在胸,但他同时表示,AI生物是一个学科高度交叉、技术深度融合的新兴领域,尚待从0到1持续创新,但人才极度匮乏。要保持和加速这一领域的强劲发展势头,亟需培养高层次、融合型人才,“希望有更多的合作、交流,促进人才培养和技术突破,为全球生物经济的发展提供活水源泉。”
