中關(guān)村論壇|分子之心許錦波：AI蛋白設(shè)計(jì)引領(lǐng)生物經(jīng)濟(jì)新變革

　　5月30日消息，在中關(guān)村論壇“人工智能驅(qū)動的科學(xué)研究論壇”上，知名計(jì)算生物學(xué)家、分子之心創(chuàng)始人、清華大學(xué)智能產(chǎn)業(yè)研究院（AIR）卓越訪問教授許錦波表示，AI生物已經(jīng)成為全球科技融合創(chuàng)新的新核心領(lǐng)域，在以AI蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)技術(shù)為代表的新興技術(shù)驅(qū)動下，生物科技領(lǐng)域正在發(fā)生顛覆性的變化，“AI生物大模型將加速這一進(jìn)程”。

　　許錦波教授被業(yè)界譽(yù)為“AI蛋白質(zhì)折疊奠基人”，他于2016年發(fā)明了第一代AI蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測方法，首次證明深度學(xué)習(xí)方法預(yù)測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的可行性，在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測這一困擾了科學(xué)家近60年、極具挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域做出了開創(chuàng)性的貢獻(xiàn)。谷歌旗下DeepMind開發(fā)的AlphaFold算法便是基于他的核心思想。

　　許錦波認(rèn)為，當(dāng)前AI被視為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的核心驅(qū)動力量，生物經(jīng)濟(jì)也已經(jīng)成為全球多個國家重點(diǎn)投入的戰(zhàn)略領(lǐng)域，AI與生物正在融合發(fā)展，成為全球科技競爭新的核心領(lǐng)域，并將帶動數(shù)萬億的直接經(jīng)濟(jì)收益。

　　“作為生物科技的底層基礎(chǔ)，過去幾年，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測與AI的融合為生命科學(xué)帶來了顛覆性變革。”許錦波介紹，蛋白質(zhì)是生命的基礎(chǔ)，蛋白質(zhì)藥物和相關(guān)制品在生命健康、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域擁有巨大的價值。從上世紀(jì)50年代開始，科學(xué)家使用X射線、核磁共振、冷凍電鏡等各種方式，希望“看清”蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)，以分析其功能，但囿于技術(shù)局限，成功率極低。歷史上成功解析出某種蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、或是在解析技術(shù)上取得突破的科學(xué)家們屢獲諾獎，足見這一問題的難度和價值。

　　“借助AI方法，人類基本解決了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測的難題，”許錦波表示，但這只是一個開始，根據(jù)特定的功能需求設(shè)計(jì)自然界不存在的蛋白質(zhì)，或者改造已有的蛋白質(zhì)，才能為生物科技帶來真正的顛覆性突破，為整個生物經(jīng)濟(jì)帶來重構(gòu)的機(jī)遇?！八幬镅邪l(fā)，以農(nóng)業(yè)育種、綠色農(nóng)藥為代表的的綠色農(nóng)業(yè)，高性能材料，環(huán)境保護(hù)，食品等領(lǐng)域都將得益于AI蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展。”

　　比如在傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，AI蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)技術(shù)被用于生物育種以提升農(nóng)作物的廣譜抗性、產(chǎn)量、品質(zhì)等關(guān)鍵指標(biāo)，也可以被用于研發(fā)對人類健康安全無害、對環(huán)境友好的綠色農(nóng)藥，保障糧食安全與食品安全。

　　在創(chuàng)新藥研發(fā)領(lǐng)域，傳統(tǒng)新藥研發(fā)的“雙十定律”正在被打破，AI蛋白設(shè)計(jì)技術(shù)正在推動大分子創(chuàng)新藥研發(fā)范式變革，將傳統(tǒng)的篩選“試錯”模式變成可預(yù)測、可編程，從而提升研發(fā)效率和成功率。

　　在綠色低碳這一全球性議題上，AI蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)技術(shù)正在作為底層基礎(chǔ)技術(shù)支撐新材料、新能源等行業(yè)轉(zhuǎn)型升級，并在消除白色污染等改善環(huán)境的工作上發(fā)揮價值。

　　在許錦波看來，AI蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)“很難但很有意義”。近期ChatGPT引爆生成式AI浪潮，但他早在2019年就在使用類似方法開發(fā)蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)算法?！拔覀冋陂_發(fā)AI蛋白質(zhì)生成大模型，用通用性強(qiáng)的底層算法來構(gòu)建‘基礎(chǔ)設(shè)施’，滿足多元化、個性化的產(chǎn)業(yè)級蛋白質(zhì)生成需求。”

　　基于AI算法突破，許錦波帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)面向產(chǎn)業(yè)需求推出了AI蛋白優(yōu)化和設(shè)計(jì)平臺“MoleculeOS”，面向藥物設(shè)計(jì)、生物制造等領(lǐng)域真實(shí)需求，用“生成”而非“發(fā)現(xiàn)”蛋白質(zhì)的方法，設(shè)計(jì)出具有特定功能的蛋白質(zhì)產(chǎn)品?；谠撈脚_從頭設(shè)計(jì)的綠色熒光蛋白，與自然界中熒光蛋白的構(gòu)象完全不同，卻在生物實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出了一致的功能甚至更高的性能；基于該平臺改造過的高毒性蛋白藥物，經(jīng)動物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證具備良好的藥效和明顯的減毒特性；經(jīng)該平臺改造過的工業(yè)酶也在熱穩(wěn)定性上獲得了大幅改進(jìn)。

　　“實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明我們的AI算法是有普適性的，可以用于各種模態(tài)的蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)，從而支持大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)級應(yīng)用。”許錦波對AI蛋白設(shè)計(jì)未來的價值成竹在胸，但他同時表示，AI生物是一個學(xué)科高度交叉、技術(shù)深度融合的新興領(lǐng)域，尚待從0到1持續(xù)創(chuàng)新，但人才極度匱乏。要保持和加速這一領(lǐng)域的強(qiáng)勁發(fā)展勢頭，亟需培養(yǎng)高層次、融合型人才，“希望有更多的合作、交流，促進(jìn)人才培養(yǎng)和技術(shù)突破，為全球生物經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供活水源泉。”