上海交大年轻PI用一项研究为AI制药的未来定调!

文摘   2024-12-26 18:01   浙江  
没人能想到,在AlphaFold研发者摘得“诺贝尔化学奖”之际,上海交大的一位年轻PI郑双佳带领团队研发出DynamicBind,在AlphaFold静态结构预测的基础上,进行动态复合物结构预测,这也代表了AI制药未来的发展方向。

该方法目前已发表在Nature Communications上, 并在国际药物筛选大赛CACHE上被湿实验验证能为治疗帕金森疾病的难成药靶点筛选到具有竞争力的苗头化合物。




1.摸索着打开更多科学可能性



其实,在AI制药发展的早期,郑双佳就开始从事相关研究。


郑双佳表示,传统药物的设计过程非常缓慢且费用昂贵——平均耗时10年以上,花费26亿美元然而,近年来随着AI研究的大热,才逐渐改变了这一现状。他的团队聚焦于临床前药物研发阶段,通过AI技术从化学空间中筛选优质的起始分子,并对其进行多轮优化,显著提升了效率。



DynamicBind就是他颇为自豪的成果之一。其核心是预测小分子与蛋白的相互作用,并且其在药物领域的应用价值远超仅能预测蛋白质单体结构的AlphaFold“DynamicBind实现了从结构到功能的转变。也就是说,完成从仅仅进行结构预测,到能够有一定落地场景的药物发现的转变。”郑双佳表示。


与此同时,对于该成果而言,该团队也引入了一些Dynamic模块。这是结构生物学家以及该领域许多研究人员都非常关注的模块,通常指的是动态建模或动态分析的组件或工具,旨在研究和描述生物分子(如蛋白质、核酸等)在时间和空间上的动态行为。

在研发药物的过程中,研究人员可能会看到一个蛋白结构出现多个口袋的情况,其中有些口袋在平常是不打开的,直到某些特定场景才会打开。

通过AlphaFold预测的结构,往往捕捉不到这种被称为隐蔽口袋的东西,但由于引入了Dynamic模块,DynamicBind能够很好地捕捉到这种隐蔽口袋是如何出现的,以及它们和小分子是怎么结合的。

“换言之,可以帮助我们找到特异性更好的药物,实现对症下药的目标。”郑双佳表示。


将DynamicBind投入应用后,团队惊喜地发现,所尝试的近20个药物“靶点”中,85%的靶点都能找到不错的苗头化合物,筛选成功率远高于传统的计算化学方法以及高通量实验的方法


“用一句话总结我们之前的工作,就是使用多尺度深度学习方法来解码生命、编码药物。在这一过程中,我们对生命的本质有了更深的理解。”郑双佳笑着说。 



2.机缘巧合下站在了“时代风口”



2017年,22岁的郑双佳进入中山大学药学院攻读硕士学位,师从教授徐峻。后者是国内第一批做计算化学和化学信息学的专家之一。


一开始,导师让郑双佳用传统算法进行分子设计。在此过程中,郑双佳发现了一个崭新的研究方向——2017年,德国明斯特大学的Marwin Segler等人发表了世界首篇利用AI进行分子设计的论文。在自学摸索了一段时间后,他发现这个方向“并不难”,做出的效果也很好。


2018年底,郑双佳在化学信息学领域的顶刊发表了他在硕士期间的首篇论文。“那时没人关注,也没有人觉得这个东西有用,我自己也没当一回事。”郑双佳说。事实上,那是中国最早使用生成式AI进行分子生成的工作之一。


谈及博士期间的经历,郑双佳非常感谢他的博导、中山大学计算机学院教授杨跃东,后者是一位优秀的计算生物学专家,让郑双佳受到了充分的交叉学科训练。


2019年,机缘巧合之下,年轻的郑双佳遇到了人生中重要的创业伙伴——本科毕业于清华大学、刚刚从美国麻省理工学院(MIT)计算机系博士毕业归国的李成涛。凭着“初生牛犊不怕虎”的精神,郑双佳很快作为创始成员加入了刚刚成立的星药科技。


从读博至今,他一直将科研与产业转化相结合。“在学校里做传统科研,是找准一个点不断深入,直到开辟新的课题;我做研究更期望它能转化、能应用。”郑双佳总结道,自己的工作大部分不是为了论文,而是在做有意思的技术时,“顺便”发出论文



3.聚集一群有想法的人,不需要Push



2023年初,郑双佳收到了哈佛大学、MIT等顶尖高校的博士后offer,同时也收到了上海交大“长聘教轨助理教授”offer。他最终选择在国内任教职,并持续保持与海外实验室的合作。


“我希望通过底层的技术创新,为AI制药的未来探索出更多可能性,而不是仅仅局限于当下的热点。”他表示。


在组建实验室时,这位年轻的PI有自己的一套方法。他认为,要聚集一群有想法的小伙伴,给定一个有意义的方向,大家就会“自己动起来”,形成一种良好的氛围,完全不需要push



郑双佳鼓励同龄的青年人员,做自己最热衷的事,不必勉强“死磕”不适合自己的领域。


在他看来,风是机遇,更是积累的结果。“等风来”,风来时,他早已做好了起飞的准备。


来源:中国科学报










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