智能化药物设计成为科技制高点

美国《科学》杂志近日评选出2020年十大科学突破，“人工智能首次精准预测蛋白质三维结构”榜上有名。上海交通大学生物医学工程学院特聘教授殷卫海认为，这一成果的科学原理并不新鲜，但确实是个重大技术突破，有望大幅加快药物研发速度。上海可加强对“人工智能+生物医药”这个交叉领域的布局，抢占科技前沿制高点。

人工智能让精准预测成为可能

　　蛋白质具有三维结构，由一系列氨基酸折叠而成。对科学家来说，氨基酸测序是比较容易完成的工作，蛋白质三维结构解析的难度却很大，耗时费力。1972年，美国科学家克里斯蒂安·安芬森因提出“蛋白质的高级空间结构由其氨基酸序列决定”获得诺贝尔化学奖。为什么测定氨基酸序列后，解析蛋白质三维结构仍非常困难呢？殷卫海解释说，氨基酸折叠成蛋白质的力学原理早已明确，包括氢键、范德华力、疏水作用和离子键等相互作用，这些氨基酸折叠成的蛋白质三维结构必定达到力学最稳态。难点在于，蛋白质中各个原子间都有作用力，如果要根据最稳态原理预测出三维结构，必须通盘考虑上千万个甚至更多的作用力，计算量巨大。

　　长期以来，结构生物学家利用冷冻电子显微镜、X射线晶体学等技术观测并解析蛋白质三维结构。对一些重要蛋白质的结构解析成果，往往会在《细胞》等国际知名科技期刊发表，因为这类成果与药物研发息息相关，只有绘制出人体蛋白质的“三维地图”，才能找到药物作用于人体的靶点。

　　无论是冷冻电子显微镜还是X射线晶体学技术，解析蛋白质三维结构都需要科研团队耗时数月乃至数年时间。近年来，随着新一代人工智能兴起，“根据氨基酸序列预测蛋白质三维结构”这一方法成为科技前沿热点。通过深度机器学习等技术，人工智能系统可以在几天至几个月内，完成传统计算机软件需要上百年甚至更长时间才能完成的计算量，较为精准地预测蛋白质三维结构。

　　我国新药研发有望“弯道超车”

　　去年11月30日，深度思维公司研发的AlphaFold（阿尔法折叠）人工智能系统，在国际蛋白质结构预测竞赛上夺冠，其预测的蛋白质三维结构与实验方法解析的结构几乎完全吻合。

　　“这种人工智能应用有望在新药研发中扮演重要角色，智能化药物设计可以提高效率、节省费用。”殷卫海说，比如科学家发现人体内某个蛋白质分子活性很强，会促进肿瘤生长。如何研制出针对这个分子的抑制剂？利用人工智能系统，科学家能在很短时间内精准预测它的三维结构，并在此基础上设计出多种药物分子结构，让它们进入新药研发的临床前实验阶段。

　　在他看来，“人工智能+生物医药”这个交叉领域很适合在上海发展，这是一个科技前沿制高点，人工智能和生物医药又属于上海重点发展的三大领域，上海在这两个领域拥有国内领先的科研力量和临床资源。“我国在新药研发方面长期落后于一些发达国家，随着智能化药物设计的兴起，我们有了弯道超车的机会。深度思维公司目前处于国际领跑水平，我国相关部门可加强这方面的研发布局和投入，推动科研机构和企业向科技制高点进军。”

　　值得关注的是，上海企业依图科技近日投资冰洲石生物科技公司。这家人工智能药物研发企业将深度神经网络用于药物化学性质预测，其自主研发的“轨道药物设计”平台，每天能进行数百万小分子的虚拟筛选。冰洲石首席执行官范捷博士介绍，用传统方法研发一款新药，平均耗费10亿美元、耗时10年。而利用“轨道药物设计”平台，公司近两年就成功获得数个候选药物。这些靶向药物有望用于治疗多种癌症，其中针对乳腺癌和前列腺癌的药物在开发管线中推进最快，计划今年进入临床试验阶段。

原文链接:

http://stcsm.sh.gov.cn/xwzx/kjzl/20210112/fecb48d476b94fa4aca8798dd83db1b8.html