诺贝克奖得主大卫：AI设计蛋白质承诺处理人类社会的新问题

·“如果你想预测一个化合物是否会通过临床试验，你需要几十万个化合物和实验，并且准确地知道每个实验中发生了什么，这样你就可以训练一个非常有效的模型。显然，我们没有这些信息。”

蛋白质由20种简单的氨基酸排列组合而成，一个氨基酸序列包括它能形成蛋白质的所有结构和活性信息。一个氨基酸序列可以自发折叠成唯一的三维结构，然后在细胞中发挥特定的作用——有些可以结合DNA来控制基因开关；有些可以识别病原菌，开始免疫反应。

美国华盛顿特区、美国生物化学家、2024年诺贝尔化学获得者戴维·贝克当地时间2024年10月9日持有设计好的蛋白质纳米粒子模型。视觉中国 资料图

一九九三年，美国华盛顿大学大卫·贝克，2024年诺贝尔化学获得者之一（David Baker）开始开发名为Rosetta的软件，以解开蛋白质折叠的谜团。与此同时，贝克也逐渐挑战“从零开始设计蛋白质”。与预测蛋白质结构相比，从零开始设计蛋白质需要科学家根据具有特定形状的蛋白质，将其DNA序列倒置。2003年，大卫团队设计了第一种不存在于自然界的蛋白质，名叫Top7。尽管这种蛋白质被折叠成他们理想的样子，但是它没有任何功能。

贝克现在是华盛顿大学蛋白质设计研究所（Institute for Protein Design）主任，他与他人共同创办了21家公司，其中最著名的是Xaira。 Therapeutics——得到了超过10亿美元的支持，将他的实验室研究转化为药物。

贝克在接受生物医药行业媒体Endpoints采访时提到，当地时间2024年10月18日，从零开始设计蛋白质的重要性：“蛋白质经过数百万年或数十亿年的进化，可以执行一系列惊人的功能来解决问题。今日出现了新的问题。我们在医学领域的寿命更长，所以出现了新的疾病。随时都有可能出现新的大流行病毒。除了医学之外，人类还在使地球变暖，造成污染。在自然界中，蛋白质设计的承诺是能够制造出解决当前问题的新蛋白质，以及蛋白质自然选择过程中的相关问题。”

据《科学》（Science）杂志10月16日报道称，AI设计的蛋白质可以改变医学和技术——新工具使研究人员能够生产设计蛋白质、人工污染清除酶和能够促进疫苗和癌症治疗的矿物质生长的分子部件。例如，在2020年新冠肺炎爆发后不久，华盛顿大学的研究人员制定了一个粘在SARS上的研究人员-CoV-蛋白质的特定部位刺突蛋白质，防止病毒通过人体细胞。识别突然蛋白质的这一部分使他们能够设计一种疫苗。疫苗在蛋白质的核心周围排列了几十份关键蛋白质，以训练免疫系统识别和消除SARS。-CoV-二上的相同结构。这种名为SKYCovione的疫苗在人体试验成功后，去年被批准在韩国和英国使用，尽管由于疫情的减少，它的生产已经搁置。华盛顿大学的研究人员正在研究包括广谱流感疫苗在内的其他疫苗，这些疫苗可能会消除年度强化注射的需要，以及针对呼吸道合胞病毒的疫苗。呼吸道合胞病毒是婴儿和老年人的主要杀手。

当被问及对AI提升化合物的方法持乐观态度或持怀疑态度时，贝克说:“如果你想预测一个化合物是否会通过临床试验，你需要化合物，几十万个实验，并且准确地知道每个实验中发生了什么，这样你就可以训练一个非常有效的模型。很明显，我们没有这些信息。他认为有两种发展方式:“第一种是识别可能获得长期成功的替代品，然后将其作为结构替代品进行改进，例如以一定量的表面疏水性为目标。二是生成相关数据集。在地球上，没有一个实体可以进行10万次的临床试验和数据收集。关于药物开发过程中不同化合物失败的内部数据，大型制药公司很多。有趣的是，一些公司正在使用这些信息进行实践，这取决于数据集的普遍性。”

参考资料：

1.https://endpts.com/nobel-winner-david-baker-on-ai-in-biology-and-protein-design/

2.https://www.science.org/content/article/ai-designer-proteins-could-transform-medicine-and-materials

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