澳大利亞悉尼大學(xué)研究團(tuán)隊開發(fā)出一種名為PROTEUS的“生物人工智能（AI）”系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過模仿自然進(jìn)化過程，能在幾周內(nèi)創(chuàng)造出具有新功能的分子，為藥物研發(fā)和生物技術(shù)帶來突破性進(jìn)展。該成果發(fā)表在最新一期《自然·通訊》期刊上，不僅展示了生物技術(shù)與AI融合的前景，更可能為個性化醫(yī)療和精準(zhǔn)治療提供關(guān)鍵工具。
PROTEUS系統(tǒng)基于定向進(jìn)化技術(shù)，這是一種在實驗室模擬自然進(jìn)化力量的成熟方法，換句話說，是“將進(jìn)化力量轉(zhuǎn)化為可編程的生物系統(tǒng)”。與傳統(tǒng)定向進(jìn)化主要在細(xì)菌細(xì)胞中操作不同，PROTEUS首次實現(xiàn)在哺乳動物細(xì)胞中進(jìn)化分子，從而能夠設(shè)計出更適應(yīng)人類生理環(huán)境的蛋白質(zhì)和其他生物分子。這一創(chuàng)新使科學(xué)家能夠快速篩選數(shù)百萬種可能序列，找到解決復(fù)雜生物問題的最優(yōu)解。
團(tuán)隊表示，PROTEUS就像生物界的機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)。它可以在短時間內(nèi)完成自然進(jìn)化需要數(shù)年甚至數(shù)十年才能實現(xiàn)的過程，比如優(yōu)化CRISPR基因編輯工具的效率，或設(shè)計出能精準(zhǔn)關(guān)閉疾病基因的新分子。
團(tuán)隊已通過PROTEUS成功開發(fā)出兩種新型分子：可藥物調(diào)節(jié)的改良蛋白質(zhì)和能檢測DNA損傷的納米抗體。后者對癌癥早期干預(yù)具有重要意義。但PROTEUS的應(yīng)用遠(yuǎn)不止于此，其算法框架可擴(kuò)展至增強(qiáng)大多數(shù)蛋白質(zhì)和分子的功能，為藥物開發(fā)、mRNA療法優(yōu)化等領(lǐng)域提供通用解決方案。
技術(shù)突破的關(guān)鍵在于嵌合病毒樣顆粒的設(shè)計。其團(tuán)隊將兩種不同病毒家族的外殼與基因組合，創(chuàng)造出穩(wěn)定且抗“作弊”的系統(tǒng)。這種設(shè)計允許細(xì)胞同時處理多種解決方案，通過自然選擇淘汰無效突變，最終篩選出最優(yōu)分子。PROTEUS已經(jīng)過獨立實驗室驗證，具有高度穩(wěn)定性和可靠性，有望推動新一代酶、分子工具和療法的發(fā)展。
PROTEUS的問世也標(biāo)志著定向進(jìn)化技術(shù)向哺乳動物系統(tǒng)的重要跨越。該技術(shù)曾因在細(xì)菌中的應(yīng)用獲得2018年諾貝爾化學(xué)獎，如今PROTEUS將其能力擴(kuò)展到更復(fù)雜的生物環(huán)境，為解鎖分子機(jī)器學(xué)習(xí)開辟了新維度。
【總編輯圈點】
如果達(dá)爾文知道，進(jìn)化論與人工智能碰撞出新的火花，會不會感到欣慰？定向進(jìn)化技術(shù)，是模擬自然進(jìn)化機(jī)制，在實驗室中加速蛋白質(zhì)、細(xì)胞、微生物等功能優(yōu)化的技術(shù)。這種技術(shù)突破了自然進(jìn)化的隨機(jī)性和緩慢性，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)酶改造、藥物開發(fā)等領(lǐng)域。將人工智能融入定向進(jìn)化技術(shù)，將進(jìn)一步推動該技術(shù)向更高通量、更精準(zhǔn)、更高效的方向發(fā)展，為驅(qū)動精準(zhǔn)醫(yī)療、生物制造等領(lǐng)域的科技創(chuàng)新提供了強(qiáng)大引擎。
