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        當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)組遇上AI,加速的是什么

        發(fā)布時(shí)間:2022-03-14 15:25:00來(lái)源: 中國(guó)科學(xué)報(bào)

          ■記者 溫才妃

          一個(gè)普通人做一次血液全蛋白質(zhì)組的質(zhì)譜檢測(cè),能獲得哪些有意義或有趣的信息?誰(shuí)會(huì)成為蛋白組領(lǐng)域的23andMe(DNA鑒定公司)?

          去年7月,當(dāng)人類蛋白質(zhì)組98.5%的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)被AlphaFold算法破譯時(shí),就有不少網(wǎng)友在知乎提出了這一問(wèn)題。還有一些投資者干脆直接詢問(wèn)上市公司,是否有涉及人工智能(AI)在生命科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展計(jì)劃和技術(shù)儲(chǔ)備。

          雖然蛋白質(zhì)組學(xué)研究并非新鮮概念,但隨著AI技術(shù)的突破,蛋白質(zhì)組學(xué)相關(guān)應(yīng)用開發(fā)與市場(chǎng)化正在快速發(fā)酵。

          今年年初,人工智能蛋白質(zhì)組診斷服務(wù)提供商西湖歐米(杭州)生物科技有限公司宣布完成數(shù)億元Pre-A輪融資。他們開發(fā)的用于甲狀腺結(jié)節(jié)診斷的臨床實(shí)驗(yàn)室自建項(xiàng)目(LDT)產(chǎn)品,也問(wèn)世在即。

          蛋白質(zhì)組學(xué)+AI,會(huì)不會(huì)是下一個(gè)市場(chǎng)焦點(diǎn)?

          新算法重塑蛋白質(zhì)組學(xué)

          有人調(diào)侃,蛋白質(zhì)組學(xué)概念之所以在二級(jí)市場(chǎng)遇冷,首要原因是人們并不清楚它究竟是什么。

          但其實(shí),它是開啟精準(zhǔn)醫(yī)療的鑰匙。

          電影《我不是藥神》中的神藥“格列衛(wèi)”,其靶點(diǎn)就是一個(gè)融合蛋白,通過(guò)藥物小分子抑制融合蛋白,最終控制慢性髓性白血病的發(fā)展。換句話說(shuō),誰(shuí)更“懂”蛋白質(zhì),誰(shuí)就能找到那把破解重大疾病、研發(fā)新藥的鑰匙。

          然而,“傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)組學(xué)分析技術(shù)和方法,并不完全適合用來(lái)研究蛋白質(zhì)系統(tǒng),所缺乏的是對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行定量數(shù)據(jù)積累的過(guò)程,而且沒(méi)有一個(gè)合適的算法。”西湖大學(xué)特聘研究員、西湖歐米創(chuàng)始人郭天南說(shuō)。

          AlphaFold的出現(xiàn)讓科學(xué)界看到了曙光。

          2021年7月,人工智能公司DeepMind和歐洲生物信息研究所合作,發(fā)布由AlphaFold預(yù)測(cè)的蛋白結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù),完成了人類蛋白質(zhì)組98.5%的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)。這被認(rèn)為是本世紀(jì)最重要的科學(xué)突破之一。

          隨后,DeepMind在《自然》公布了AlphaFold2的源代碼。AlphaFold2可在幾分鐘內(nèi)破譯一般蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu),還能預(yù)測(cè)一個(gè)由2180個(gè)氨基酸相連的大蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。

          “在Alphafold2之前,AI技術(shù)一直沒(méi)有真正進(jìn)入微觀的生命世界。但實(shí)際上,AI技術(shù)之于微觀生命世界不僅是一個(gè)必要條件,也是一個(gè)充分條件?!惫炷险f(shuō)。

          如果沒(méi)有AI技術(shù),人類的理解力不可能弄清如此多的蛋白質(zhì)動(dòng)態(tài),因?yàn)樗鼘?shí)在太復(fù)雜了?!盎蛳鄬?duì)穩(wěn)定,一個(gè)人一輩子做一次基因測(cè)序就夠了,但蛋白質(zhì)無(wú)時(shí)無(wú)刻不在發(fā)生變化,一場(chǎng)感冒都會(huì)改變很多細(xì)胞、蛋白質(zhì)。而精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)就是根據(jù)病人當(dāng)前的情況,給他提供最合適的診斷和治療方法。有了蛋白質(zhì)組學(xué)+AI,精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)將會(huì)提高到另一個(gè)層面?!惫炷险f(shuō)。

          AI助力催生精準(zhǔn)醫(yī)療

          十幾年前,郭天南在武漢協(xié)和醫(yī)院血液科學(xué)習(xí)、工作。他清楚地記得,一盒格列衛(wèi)30多萬(wàn)元,科室把它買下來(lái),一顆一顆賣給病人。后來(lái),他遠(yuǎn)赴瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院,師從蛋白質(zhì)組學(xué)領(lǐng)域的開拓者之一Ruedi Aebersold。

          2017年歸國(guó)后,他把高通量質(zhì)譜技術(shù)帶到了西湖大學(xué)實(shí)驗(yàn)室。簡(jiǎn)而言之,這項(xiàng)技術(shù)就是給數(shù)以萬(wàn)計(jì)的蛋白質(zhì)“測(cè)體重”,通過(guò)精確到小數(shù)點(diǎn)后30位,去辨別A君、B君。要知道在微觀世界,蛋白質(zhì)始終處于變化之中,尚無(wú)任何技術(shù)可以通過(guò)分子表面特征去做識(shí)別。而高通量質(zhì)譜技術(shù)則可以給蛋白質(zhì)的運(yùn)動(dòng)“拍電影”,當(dāng)藥物進(jìn)入細(xì)胞后,記錄蛋白質(zhì)變化所產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)。

          “質(zhì)譜用于記錄分子量,高通量則要求快,從中推斷出它是什么樣的蛋白質(zhì)、有多少量?!惫炷细嬖V《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。

          精準(zhǔn)醫(yī)療主要涉及診斷與治療兩方面,西湖歐米在這兩方面均有布局。

          甲狀腺結(jié)節(jié)是人群中的高發(fā)病,有30%的甲狀腺結(jié)節(jié)無(wú)法識(shí)別惡性、良性,很多病人在心理壓力之下挨了不必要的一刀,而失去甲狀腺的病人須終身服藥。西湖歐米將蛋白質(zhì)組結(jié)合AI技術(shù)開發(fā)出的LDT產(chǎn)品,能夠讓這30%的病人中的絕大部分避免挨刀。

          郭天南還有一個(gè)“小目標(biāo)”,就是通過(guò)研發(fā)成本降至1/10的LDT產(chǎn)品,讓其成為物美價(jià)廉的診斷方法。

          而更讓科學(xué)家與市場(chǎng)興奮的是,AI也賦予制藥更多想象空間。與國(guó)內(nèi)不同,國(guó)外制藥公司非常重視開發(fā)新的藥物靶點(diǎn),目前已發(fā)現(xiàn)的藥物靶點(diǎn)約有500個(gè),而約40%的藥物是以G蛋白偶聯(lián)受體為靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)和設(shè)計(jì)的。

          在AI制藥中,高通量質(zhì)譜技術(shù)是公認(rèn)的實(shí)際使用中最有效的測(cè)量選擇。在郭天南看來(lái),至少可以在兩方面入手:產(chǎn)生與制藥相關(guān)的蛋白質(zhì)數(shù)據(jù),聯(lián)合AI模型,建立比藥物篩選更有效的新方法,促進(jìn)新藥研發(fā);建立一個(gè)基于蛋白質(zhì)、大數(shù)據(jù)和AI技術(shù)的新藥物生產(chǎn)與質(zhì)控流程,找到最佳藥物生產(chǎn)方法。

          目前,他正在同多個(gè)國(guó)際制藥公司合作開發(fā)藥物靶點(diǎn),并配合醫(yī)院、藥廠開展相關(guān)制藥工作。

          想象空間可能更大

          對(duì)比二級(jí)市場(chǎng)尚未“顯山露水”,近年來(lái),蛋白質(zhì)組學(xué)在一級(jí)市場(chǎng)迎來(lái)了它的“小陽(yáng)春”。

          2020年,蛋白質(zhì)工程服務(wù)商拜譜生物宣布完成千萬(wàn)級(jí)Pre-A輪融資;蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)服務(wù)及產(chǎn)品銷售商中科新生命宣布完成2億元A輪融資;蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用商景杰生物宣布完成5.3億元人民幣的B輪融資。

          郭天南所在的西湖歐米于1月13日宣布完成數(shù)億元Pre-A輪融資。該輪融資由倚鋒資本和高瓴創(chuàng)投共同領(lǐng)投,高榕資本、冪方資本和西湖科創(chuàng)投跟投。去年西湖歐米已完成了天使輪和天使+輪融資。

          如今,蛋白質(zhì)組學(xué)方法被應(yīng)用于腎癌、肝癌、結(jié)直腸癌、肺癌、胃癌等癌癥的臨床研究和診治。科學(xué)家們紛紛表示,蛋白質(zhì)組學(xué)驅(qū)動(dòng)的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)(PDPM)新時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。

          高榕資本執(zhí)行董事樂(lè)貝林告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》,用蛋白質(zhì)做診斷、藥物抗體開發(fā)以及蛋白原料的公司此前受到資本青睞,它們分別代表了蛋白質(zhì)在終端及原料中間體的應(yīng)用。與此同時(shí),布局蛋白質(zhì)產(chǎn)業(yè)上游端,比如全新發(fā)現(xiàn)的大數(shù)據(jù)端蛋白質(zhì)組,近年來(lái)也備受關(guān)注。

          “以往,蛋白質(zhì)組在樣本大小、類型以及單位樣本所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量上有所限制。因此,我們更青睞在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)方法學(xué)上有創(chuàng)新和獨(dú)到的技術(shù),并能產(chǎn)生高質(zhì)量數(shù)據(jù)的公司?!睒?lè)貝林說(shuō)。

          掌握基礎(chǔ)方法學(xué)最核心的技術(shù),可實(shí)現(xiàn)極小微量樣本蛋白質(zhì)組的分析,擁有多樣化的臨床樣本處理能力、獨(dú)到的數(shù)據(jù)分析解讀能力,以及醫(yī)學(xué)背景出身的郭天南是公司很好的“翻譯官”……這些都是西湖歐米被資本方看中的原因。

          從人類基因組計(jì)劃啟動(dòng)到最近十年,境內(nèi)外涌現(xiàn)了一批上市公司,如華大基因、腫瘤NGS公司GRAIL、蛋白質(zhì)組學(xué)公司SEER?!暗鞍踪|(zhì)組學(xué)理論上可以復(fù)制基因組在診斷上的路線,甚至走得更加深入。進(jìn)一步看,蛋白質(zhì)組學(xué)的應(yīng)用從診斷邁向治療,想象空間可能更大?!睒?lè)貝林說(shuō),這也是對(duì)郭天南在該階段嘗試AI制藥的信心和期待所在。

          能否步入深水區(qū),發(fā)現(xiàn)有代表性的藥物靶點(diǎn),并把它做成全新的藥物,是科學(xué)家孜孜以求的目標(biāo)。如中國(guó)科學(xué)院院士、軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院院長(zhǎng)賀福初在肝癌方向發(fā)現(xiàn)了很好的靶點(diǎn),并在靶點(diǎn)上進(jìn)行了藥物篩選?!跋乱徊剑鞍踪|(zhì)組學(xué)的技術(shù)積累能否在藥物的創(chuàng)新性研發(fā)上有所突破,我們拭目以待?!睒?lè)貝林說(shuō)。

          如果將視野再拓展一些,除了重大疾病之外,蛋白質(zhì)與生活中的慢病、代謝類疾病也有緊密關(guān)系。與蛋白質(zhì)組學(xué)相結(jié)合的藥物、食品、保健品等終端產(chǎn)品,均未來(lái)可期。

          《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 (2022-03-14 第4版 科創(chuàng))

        (責(zé)編: 常邦麗)

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