中關村論壇|分子之心許錦波：AI蛋白設計引領生物經濟新變革

　　5月30日消息，在中關村論壇“人工智能驅動的科學研究論壇”上，知名計算生物學家、分子之心創始人、清華大學智能產業研究院（AIR）卓越訪問教授許錦波表示，AI生物已經成為全球科技融合創新的新核心領域，在以AI蛋白質設計技術為代表的新興技術驅動下，生物科技領域正在發生顛覆性的變化，“AI生物大模型將加速這一進程”。

　　許錦波教授被業界譽為“AI蛋白質折疊奠基人”，他于2016年發明了第一代AI蛋白質結構預測方法，首次證明深度學習方法預測蛋白質結構的可行性，在蛋白質結構預測這一困擾了科學家近60年、極具挑戰性的領域做出了開創性的貢獻。谷歌旗下DeepMind開發的AlphaFold算法便是基于他的核心思想。

　　許錦波認為，當前AI被視為新一輪科技革命和產業變革的核心驅動力量，生物經濟也已經成為全球多個國家重點投入的戰略領域，AI與生物正在融合發展，成為全球科技競爭新的核心領域，并將帶動數萬億的直接經濟收益。

　　“作為生物科技的底層基礎，過去幾年，蛋白質結構預測與AI的融合為生命科學帶來了顛覆性變革。”許錦波介紹，蛋白質是生命的基礎，蛋白質藥物和相關制品在生命健康、工業、農業等領域擁有巨大的價值。從上世紀50年代開始，科學家使用X射線、核磁共振、冷凍電鏡等各種方式，希望“看清”蛋白質的三維結構，以分析其功能，但囿于技術局限，成功率極低。歷史上成功解析出某種蛋白質結構、或是在解析技術上取得突破的科學家們屢獲諾獎，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結構預測的難題，”許錦波表示，但這只是一個開始，根據特定的功能需求設計自然界不存在的蛋白質，或者改造已有的蛋白質，才能為生物科技帶來真正的顛覆性突破，為整個生物經濟帶來重構的機遇。“藥物研發，以農業育種、綠色農藥為代表的的綠色農業，高性能材料，環境保護，食品等領域都將得益于AI蛋白質設計技術的發展。”

　　比如在傳統的農業領域，AI蛋白質設計技術被用于生物育種以提升農作物的廣譜抗性、產量、品質等關鍵指標，也可以被用于研發對人類健康安全無害、對環境友好的綠色農藥，保障糧食安全與食品安全。

　　在創新藥研發領域，傳統新藥研發的“雙十定律”正在被打破，AI蛋白設計技術正在推動大分子創新藥研發范式變革，將傳統的篩選“試錯”模式變成可預測、可編程，從而提升研發效率和成功率。

　　在綠色低碳這一全球性議題上，AI蛋白質設計技術正在作為底層基礎技術支撐新材料、新能源等行業轉型升級，并在消除白色污染等改善環境的工作上發揮價值。

　　在許錦波看來，AI蛋白質設計“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蛋白質設計算法。“我們正在開發AI蛋白質生成大模型，用通用性強的底層算法來構建‘基礎設施’，滿足多元化、個性化的產業級蛋白質生成需求。”

　　基于AI算法突破，許錦波帶領團隊面向產業需求推出了AI蛋白優化和設計平臺“MoleculeOS”，面向藥物設計、生物制造等領域真實需求，用“生成”而非“發現”蛋白質的方法，設計出具有特定功能的蛋白質產品。基于該平臺從頭設計的綠色熒光蛋白，與自然界中熒光蛋白的構象完全不同，卻在生物實驗中表現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，經動物實驗驗證具備良好的藥效和明顯的減毒特性；經該平臺改造過的工業酶也在熱穩定性上獲得了大幅改進。

　　“實驗結果說明我們的AI算法是有普適性的，可以用于各種模態的蛋白質設計，從而支持大規模的產業級應用。”許錦波對AI蛋白設計未來的價值成竹在胸，但他同時表示，AI生物是一個學科高度交叉、技術深度融合的新興領域，尚待從0到1持續創新，但人才極度匱乏。要保持和加速這一領域的強勁發展勢頭，亟需培養高層次、融合型人才，“希望有更多的合作、交流，促進人才培養和技術突破，為全球生物經濟的發展提供活水源泉。”