近日,，AI預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)又取得新突破,?！吧顚铀季S”公司宣布,，該公司開發(fā)的人工智能程序“阿爾法折疊”（AlphaFold）已預(yù)測(cè)出約100萬個(gè)物種的超過2億種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，涵蓋科學(xué)界已編錄的幾乎每一種蛋白質(zhì),。

據(jù)介紹,，這些信息將上傳至可公開訪問的“阿爾法折疊蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫”。該數(shù)據(jù)庫由“深層思維”公司和歐洲生物信息學(xué)研究所合作開發(fā),，去年7月上線時(shí)已包含98.5%的人類蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),。

近幾年，AI預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)成績(jī)亮眼,，各大國(guó)內(nèi)外企業(yè)也紛紛入局,。在AI激活、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下,，AI預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)正從幕后走向臺(tái)前,，其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展也正進(jìn)入一個(gè)新的階段。

AI預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)背后的計(jì)算生物學(xué)

蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)決定了它在細(xì)胞中的功能,。明確蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息，在藥物研發(fā)等領(lǐng)域十分重要,。傳統(tǒng)上,，研究人員使用X射線晶體學(xué)等手段測(cè)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，耗時(shí)費(fèi)力且花銷不菲,，卻常無法獲得所需結(jié)果,。“阿爾法折疊”通過學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)測(cè)定出的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)信息,，來預(yù)測(cè)其他蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu),，其預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度相當(dāng)高。歐洲生物信息學(xué)研究所的數(shù)據(jù)顯示,，阿爾法折疊有35%的預(yù)測(cè)是高度準(zhǔn)確的,，可媲美實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果；另有45%的預(yù)測(cè)足以在很多場(chǎng)景使用,。

人工智能極大提升了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的效率,，這也是AI預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)近幾年被人熟知的原因,，但其背后的計(jì)算生物學(xué)卻已經(jīng)歷多年發(fā)展。計(jì)算生物學(xué)是根據(jù)不同類型的生物數(shù)據(jù)構(gòu)建算法和模型,，從而理解生物系統(tǒng)本身,，并推進(jìn)相關(guān)研究及應(yīng)用的學(xué)科。

隨著人工智能的發(fā)展,，計(jì)算生物學(xué)正在被激活,。浦發(fā)硅谷銀行《醫(yī)療健康行業(yè)投資與退出趨勢(shì)》報(bào)告顯示，2021年美國(guó)市場(chǎng)投向計(jì)算生物學(xué)公司的金額達(dá)到59億美元,，一年增長(zhǎng)高達(dá)3倍,，超過非計(jì)算生物學(xué)公司投資的兩倍。在2019年以來首次完成種子輪/A輪融資的707家生物制藥和研發(fā)工具公司中,，計(jì)算生物學(xué)公司有129家,，占比為18%。2021年對(duì)計(jì)算生物學(xué)公司的投資額激增,，幾乎是2019年和2020年募集資金總和的兩倍,。

在我國(guó)，各研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)也正開展相關(guān)布局,。如近日,，由清華大學(xué)人工智能產(chǎn)業(yè)研究院孵化的AI制藥企業(yè)華深智藥對(duì)外宣布，其在AI和生命科學(xué)結(jié)合領(lǐng)域取得突破：研究人員在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方面開發(fā)出全新技術(shù),。據(jù)華深智藥官方介紹,，該技術(shù)僅從單條蛋白序列就能預(yù)測(cè)出蛋白質(zhì)3D結(jié)構(gòu)的算法。

加速藥物研發(fā),、為精準(zhǔn)醫(yī)療提供助力

計(jì)算生物學(xué)正在改善傳統(tǒng)制藥行業(yè)高投入,、高技術(shù)、高風(fēng)險(xiǎn),、長(zhǎng)周期的特性,，加速藥物研發(fā)過程。有分析機(jī)構(gòu)認(rèn)為,，目前我國(guó)計(jì)算生物學(xué)發(fā)展的主要方向仍是AI制藥,，相關(guān)創(chuàng)業(yè)公司在2017—2021年呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長(zhǎng)，且都已獲融資,。從商業(yè)模式上看,，整個(gè)行業(yè)以面向企業(yè)提供服務(wù)為主。

除此之外,，計(jì)算生物學(xué)也為精準(zhǔn)醫(yī)療的實(shí)現(xiàn)提供了助力,。

有分析機(jī)構(gòu)認(rèn)為，在應(yīng)用方面，計(jì)算生物學(xué)產(chǎn)業(yè)可大致分為三類：一是計(jì)算推演生物性質(zhì)及原理,，如蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè),、致病機(jī)理研究、蛋白質(zhì)相互作用預(yù)測(cè),、抗體和抗原的表位預(yù)測(cè),、基于基因組學(xué)尋找疾病成因或?qū)ふ倚滦偷纳飿?biāo)志物等。二是搭建預(yù)測(cè)及判斷模型,，如AI制藥中基于靶點(diǎn)的化合物性質(zhì)預(yù)測(cè),，疾病診斷、監(jiān)控,、治療建模,，涵蓋細(xì)胞、器官,、人體的生物模擬器等,。三是對(duì)生物體進(jìn)行控制改造，如新療法,、藥物開發(fā),、精準(zhǔn)醫(yī)療和生物制造。其中精準(zhǔn)醫(yī)療或?qū)⒊蔀橛?jì)算生物學(xué)長(zhǎng)期的重點(diǎn)發(fā)力方向,。在這個(gè)方向上,，國(guó)外已出現(xiàn)了基于多組學(xué)布局的企業(yè)。

如2021年11月,，阿斯利康,、德國(guó)默克、輝瑞和梯瓦等6家大藥廠與亞馬遜,、以色列生物科技基金共同推出了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室——AION Labs,。該實(shí)驗(yàn)室的模式是：在以色列初創(chuàng)生態(tài)系統(tǒng)下，建立和投資基于AI和計(jì)算生物學(xué)技術(shù)進(jìn)行藥物發(fā)現(xiàn)和開發(fā)的初創(chuàng)公司,，并為這些公司提供資源,、指導(dǎo)，以及合作開發(fā)新技術(shù),，最后反哺制藥行業(yè)。AION Labs 在一份聲明中指出,，其投資的初創(chuàng)公司將利用AI和云計(jì)算更快,、更高效地找到新的治療方法，推進(jìn)以患者為中心的精準(zhǔn)醫(yī)療,。

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實(shí)現(xiàn)商業(yè)化,，計(jì)算生物學(xué)還需邁過這些坎

雖然計(jì)算生物學(xué)已逐漸走入人們的視野，但它要想實(shí)現(xiàn)商業(yè)化還面臨著一些關(guān)鍵瓶頸問題有待突破。

首先是對(duì)生物底層原理的進(jìn)一步明確,。目前,，還有大量關(guān)于生物學(xué)本身的底層機(jī)制有待研究透徹，在進(jìn)行模型構(gòu)建,、生物驗(yàn)證時(shí),，需要引入這些知識(shí)來減少不符合領(lǐng)域認(rèn)知的偏差，保證準(zhǔn)確率,。

其次是要有統(tǒng)一的計(jì)算和數(shù)據(jù)框架,。計(jì)算生物學(xué)要最終落地，模型要能夠覆蓋多組學(xué)數(shù)據(jù),、多環(huán)節(jié)及功能并行,。同時(shí)，還需要保證計(jì)算生物學(xué)中的多種異構(gòu)數(shù)據(jù),，例如圖像,、視頻、分子圖譜,、DNA代碼,、基因表達(dá)、電信號(hào)等,，有明確的標(biāo)準(zhǔn)和通用格式,，以便在不同算法和平臺(tái)之間互操作。

此外,，還有消費(fèi)級(jí)數(shù)據(jù)的獲取,、工程落地能力、行業(yè)信任與模型可解釋性問題,，以及數(shù)據(jù)隱私問題等,。