生物经济赛道说——分子之心 徐菁

文摘   2024-07-03 09:29   浙江  





编者按:


生物经济是21世纪各国竞相发展新赛道,也是我国实现跨越发展的历史性机遇。为了进一步推动我国生物经济产业规划的落地实施,构建一个有利于生物制造和生物经济发展的产业环境,华谷生物经济研究院、青岛市企业联合会、青岛华大基因研究院于2024年6月15-16日成功举办“生物经济50人(青岛)论坛暨青岛企业家新质绘(生物经济绘)”。论坛得到政界、科技界、产业界和投资界等的高度关注与大力支持,与会专家结合自身研究及经历,紧扣主题发表真知灼见,为生物经济发展注入了智慧源泉,为与会嘉宾呈现了一场思想盛宴。

论坛特设“生物经济赛道说”环节,让更多与会嘉宾能够对所在生物制造领域的发展以及目前所在公司、科研机构针对这一赛道的产业进程和科研进展进行分享。为了让更多的人了解到会议的思想精华,华谷生物经济研究院根据现场录音,整理与会专家的演讲材料。经个人同意,华谷生物经济研究院将以高端报告系列展示的形式对外正式发布。我们力求通过这样的知识和信息互动,让更多的生物经济研究者、从业者了解行业的前沿与进展。同时也希望借此让更多社会人士认识、支持并投身生物经济发展,为我国建设成为世界生物经济强国助力。



生物经济50人(青岛)论坛 生物经济赛道说

徐菁  分子之心合伙人

(2024年6月16日)



昨天梅永红理事长和刘博说,现在看生物制造的未来就像十年前看新能源汽车,我深有感触。八年前我在百度做自动驾驶相关业务的时候,我们在国际车展想发布自动驾驶开源平台,只是在车展旁边一个小会议室,那时候大家觉得自动驾驶的车能否能在复杂城市道路上跑还是个问题。但是今天,我们可以看到,辅助智能驾驶已经成为新能源电动车的标配选项。同样,当时合作的英伟达,从600亿美金的市值,发展成现在的3万亿美元市值,从这个里面可以看到,真正的变革性技术可以带来的影响。

分子之心成立只有两年多,比较年轻,但是我们的创始人、首席科学家许锦波教授和核心研发团队都是从美国一流的产业公司和高校归国创业。大家知道,用AI做蛋白质从头设计,形成真正的有全新功能、全新结构的蛋白质,是难度非常大的工作。这里面涉及包括生物、物理、科学、计算机等多学科的交叉融合。在我们公司可以看到,有30年产业经验的蛋白工程科学家和2003年才出生的年轻工程师一起工作。顶级的人才储备让我们在短短两年内快速拥有了十余项世界领先的蛋白质优化设计的算法。

蛋白质是一切生命活动的基础,科学家们对蛋白质结构的研究大约五六十年。这个重要确很难的问题,前几十年进展一直非常缓慢。过去几十年,科学家们通过核磁共振等试验技术测定蛋白质三维结构,但是花费高,耗时长,也有成功率的问题,这就导致蛋白质结构始终是生物学难题。

直到2016年,高速发展的人工智能深度学习算法和蛋白质研究相结合,才迎来技术化变革浪潮。分子之心创始人许锦波教授首次证明AI可以大幅提升蛋白质结构预测精度,AI蛋白质结构预测连续三年都被《MIT科技评论》、《SCIENCE》列入十大突破性技术。


从人类解出第一个蛋白质结构到今天,全球研究人员花了几十年时间,用实验方式一共测定了二十多万蛋白质相关结构,而AI用很短的时间就完成超过100亿物种2亿多蛋白质测定。过去需要数十个博士花几年才可以达成的成果,现在通过AI,一个学生用一到两周时间就可以完成。如果我们把现在已知的上亿种蛋白结构都进行预测,传统方式需要的时间超过宇宙年龄。我们现在已知的蛋白序列结构其实只等于地球上的一滴水,还有超大空间的序列结构没有被探索。

而在几十年的发展过程中,生命科学领域也出现了很多新的技术,比如各种高通量技术,可以大规模产生多维度的数据,高通量DNA合成芯片技术等等。这使得生物类相关技术呈现指数级爆发,而从海量复杂数据里去提取规律,找到模式,正是AI专长。所以随着生物数据的爆发式增长和算力、算法大幅度增强,人工智能推动生物制造变革的时代已经来临。生物领域应该会产生更多颠覆性技术,甚至未来重塑生物经济的结构。


在AI技术加持下,蛋白质生成的技术有机会从之前的被动搜索走向主动创造的时代,以后可以根据所需要的特性去生成自然界不存在的全新结构蛋白。从以前传统所谓碰运气的“发现”模式可以变成未来按需定制的“发明”模式,让生物科技领域的创新从随机、艰难走向高效和有序。

这个过程中,有机会产生一些技术领先的很大的平台性公司。有机构预测,到2030年会有超过50%的材料是被AI重新设计的,也有知名的药企预测,到2030年有超过80%的大分子药物由AI设计生成。所以,我们正在走向一个AI生物制造跃迁的时代。

在AI大模型和生物制造交叉的历史性时刻,分子之心打造和发布了全球首个集成序列、结构、功能和进化信息的多模态AI蛋白生成大模型NewOrigin(中文名“达尔文”)。取这个名字也是我们相信这会是一次从随机进化走向定向进化的新物种起源。达尔文融合分子之心十余项世界领先的技术能力,可以做到更智能、更精准、更低门槛的生成蛋白质,比传统试验方式更好地提升效率,将有机会成为未来生物制造先进生产力的入口级重要技术。

大模型可以学习极端生命数据库,比如在海洋、冰川、火山口等极端环境中会发现很多新生物,能够耐高温、高压、强碱、强酸等,我们通过学习他们特殊的活性中心,序列,结构等相关特征,就可以设计出新的蛋白质,以后不用等待漫长的进化岁月,就可以直接设计出来一个能够完美折叠而且在苛刻工业条件下还能够保持很好稳定性和活性的酶,从而提高生产效率、降低成本,创造新产品。

同样,我们也可以利用这样的特征去制造出耐酸的新型药物,这样有机会把一些注射类药物变成口服类,包括做成耐热耐寒的、稳定性更好的蛋白疫苗,解决存储、运输等问题。我们之前也在蛋白疫苗项目里,实现了用大模型三天时间设计出十几个理想的候选分子,我们合作的药企通过验证从中间挑选到的两个优势突变体,超越了现在全球范围内公开已知的相关蛋白突变体,而且比已经公开的国际一线大药企最好的对照组的结合能力还高4倍以上,而这样的工作用传统方式一般需要1-2年才可以完成。

大模型能够从前端很好地去了解蛋白质的三维结构、作用机理和后面生物元件的发现、设计和代谢通路的全局优化等,未来我们还希望能进一步拓展到像发酵放大等工艺流程。我们还用AI成功设计了功能与天然蛋白类似但氨基酸数量更少——从而更利于结合或递送的蛋白质,如在绿色荧光蛋白(GFP)设计上,分子之心仅用不到一半数量的氨基酸,就实现了与天然GFP蛋白相似的功能、同样的工作比ESM3用了更少的氨基酸,这个过程类似在几天或几周时间里模拟了数亿年进化过程,将自然界中漫长的随机突变,变为高效的定向进化。

分子之心在和战略投资方也是深度合作方凯赛的项目中,AI推荐了十几个蛋白结构的改造,实验证明其中两个结构就很不错,其中一个效率比对照提高了五倍。我们相信AI结合凯赛几十年积累的深厚的产业化经验和先进的实验评价系统,未来会一起攻克更难的问题,做出更多有创新意义和产业价值的产品。


大模型未来讲大幅度降低定制蛋白的门槛。生物学家不用懂编程、AI,他们只要明确自己的需求,有很好的产业经验就能够通过自然语言对话的方式描述出自己的需求,就能得出一个新分子。

未来我们会开放达尔文,我们也相信智能制造的新阶段将要来临,未来会见证一个新的AI for science的登月时刻。谢谢!



编辑:于明洋、郑晴

审核:黄写勤

审定:梅永红



关于华谷研究院


深圳市华谷致远生物科技与产业研究院(简称华谷研究院),是由研究院理事长梅永红倡议,国内生物经济头部企业华大集团、凯赛生物、碧桂园农业、北大荒集团和投资机构华大共赢共同发起成立,是我国第一所专门研究生物经济的民办非营利组织。


华谷研究院以“独立、客观、高质量”为核心价值,致力于通过严谨分析,集行业研判、数据分析、指数开发、专题研究、政策建议为一体,深度参与生物经济“产、学、研、资、用”各个环节。


华谷研究院立志成为中国生物经济行业的风向标,成为最具影响力的高端智库之一,成为中国新型智库建设的典范。

华谷研究院
打造高水平思想库,开展生物经济领域的前沿技术问题、政策问题研究、为政商资研学提供交流平台,促进技术、资本、人才、服务和市场等要素配置,推动中国生物经济的跨越式发展。
 最新文章