4月21日，2022《理解未來(lái)》首期科學(xué)講座——“AI+蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能預(yù)測(cè)”在線上舉行。在本次講座上，未來(lái)論壇理事、北京大學(xué)李兆基講席教授謝曉亮，中國(guó)工程院院士、鵬城實(shí)驗(yàn)室主任、北京大學(xué)博雅講席教授高文，美國(guó)芝加哥豐田計(jì)算技術(shù)研究所教授、北京大學(xué)客座教授許錦波，聚焦AI+生命科學(xué)，分享前沿學(xué)術(shù)成果。

在主題演講環(huán)節(jié)，高文圍繞云腦II：AI for Science智能算力，以及鵬城·扁鵲大模型等最新科研成果進(jìn)行分享。他介紹，為了讓AI為科學(xué)問(wèn)題服務(wù)，首先要打造先進(jìn)自主的云態(tài)智能算力平臺(tái)，支持大規(guī)模開(kāi)源、開(kāi)放和模型共享。他指出，鵬城云腦II已建設(shè)成為首個(gè)國(guó)產(chǎn)自主的E級(jí)AI算力平臺(tái)，并形成了自主AI基礎(chǔ)軟件棧、AI 算法流水線，高性能并行計(jì)算等一系列支撐架構(gòu)。

在AI賦能生命健康領(lǐng)域，鵬城實(shí)驗(yàn)室正在開(kāi)展建設(shè)的鵬城·扁鵲大模型通過(guò)依托鵬城云腦大裝置構(gòu)建橫跨基因和表型的多模態(tài)知識(shí)圖譜、預(yù)訓(xùn)練模型和高精度生理生化仿真模型等，通過(guò)對(duì)人體生命組學(xué)大數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)感知融合分析建模，最終服務(wù)生命健康領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究、推動(dòng)健康醫(yī)療。

許錦波分享通過(guò)使用人工智能，顛覆蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)，改變分子生物學(xué)研究范式的突破。他指出，由于蛋白質(zhì)是由二十種天然氨基酸組成，通過(guò)原子間相互作用形成穩(wěn)定的三維構(gòu)象，因此，準(zhǔn)確測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)對(duì)理解蛋白功能非常重要。

在技術(shù)上，過(guò)去，科學(xué)家通過(guò)使用晶體衍射、核磁共振、冷凍電鏡等實(shí)驗(yàn)技術(shù)，來(lái)測(cè)定原子的三維坐標(biāo)，但這些技術(shù)通常存在耗時(shí)長(zhǎng)、花費(fèi)高、無(wú)法保證100%成功的問(wèn)題。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法基于能量最小化，需要大量的計(jì)算資源，成功率很低，而深度學(xué)習(xí)技術(shù)可以從同家族蛋白的演化關(guān)系中學(xué)習(xí)并預(yù)測(cè)殘基間的相互作用關(guān)系，對(duì)于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)領(lǐng)域起到非常關(guān)鍵的作用。

“通過(guò)使用人工智能，我們顛覆了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)，甚至改變了很多分子生物學(xué)家的研究范式，很多人開(kāi)始使用預(yù)測(cè)的結(jié)構(gòu)去分析蛋白質(zhì)功能。”許錦波指出，目前該領(lǐng)域還面臨一些未解決的問(wèn)題，比如當(dāng)一個(gè)家族里只有一個(gè)孤兒蛋白的時(shí)候，還有蛋白質(zhì)的復(fù)合物，現(xiàn)有方法準(zhǔn)確度還不太理想。“我們希望準(zhǔn)確預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)在某種特定條件下的結(jié)構(gòu)，和多肽、核酸的相互作用，以及預(yù)測(cè)突變對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能的影響。”許錦波表示。

在前瞻對(duì)話環(huán)節(jié)，與會(huì)學(xué)者圍繞“AI for Science及AI+生命科學(xué)的未來(lái)十年”“ AI+生命科學(xué)目前面臨的主要挑戰(zhàn)”“如何促進(jìn)交叉學(xué)科的融合發(fā)展”以及“產(chǎn)業(yè)角度的應(yīng)用路徑和價(jià)值”等議題展開(kāi)對(duì)話。

高文指出，AI在未來(lái)十年的生命科學(xué)發(fā)展當(dāng)中，將大有用武之地。例如：人類(lèi)對(duì)于基因組學(xué)的分析，哪些片段具有哪些功能?哪些片段的突變會(huì)為人類(lèi)健康帶來(lái)怎樣的影響?只要獲取到足夠多的數(shù)據(jù)，就可以通過(guò)AI進(jìn)行計(jì)算、分析，并給出藥物、飲食方面的建議，提高人們的生活質(zhì)量。

高文還表示，在小分子藥物設(shè)計(jì)領(lǐng)域，AI也將發(fā)揮關(guān)鍵作用。以往，藥物成分大多從自然界中提取，而AI賦能后，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能得以高效測(cè)定，可以針對(duì)某些蛋白對(duì)癥治療，并通過(guò)生成或設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)制作藥物。預(yù)計(jì)，通過(guò)AI算法以及數(shù)據(jù)模型的不斷演進(jìn)，該領(lǐng)域十年內(nèi)就會(huì)實(shí)現(xiàn)突破。

談到AI+生命科學(xué)的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用價(jià)值，許錦波表示，目前AI for Science的產(chǎn)業(yè)化環(huán)境很好，特別是AI for BioTech。國(guó)家在AI for BioTech領(lǐng)域非常重視，投資機(jī)構(gòu)也非常支持硬科技領(lǐng)域的早期、長(zhǎng)期投資。而從產(chǎn)業(yè)角度來(lái)講，由于AI在生物制藥領(lǐng)域?yàn)楦鱾€(gè)環(huán)節(jié)賦能，幫助行業(yè)提升了效率與準(zhǔn)確度，因此AI在該領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化也具有很好的前景。

許錦波稱，根據(jù)美國(guó)公布的一份報(bào)告顯示，通過(guò)AI的參與，蛋白質(zhì)工程的效率提高了1倍，抗體設(shè)計(jì)的時(shí)間縮短了1倍。他相信，未來(lái)AI的賦能還將幫助整個(gè)行業(yè)實(shí)現(xiàn)更多突破。

謝曉亮表示，AI for Science目前的關(guān)注度很高，接下來(lái)要在細(xì)分領(lǐng)域中找到突破口，這就需要AI不斷驗(yàn)證、優(yōu)化和迭代，從而為基礎(chǔ)研究賦能，實(shí)現(xiàn)底層突破。另外，在生命科學(xué)領(lǐng)域，需要AI加強(qiáng)對(duì)生命過(guò)程的理解，也需要生命科學(xué)家理解AI可以做什么，當(dāng)他們?cè)谝黄甬a(chǎn)生碰撞才有可能以問(wèn)題為導(dǎo)向，才可以真正運(yùn)用AI解決重要的生物醫(yī)學(xué)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞： 生命科學(xué) 結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) 相互作用 北京大學(xué) 人工智能