6 月 25 日消息，本周三，據(jù)美國(guó)科技雜志 Wired 報(bào)道，谷歌母公司 Alphabet 旗下人工智能公司 DeepMind 與制藥組織 DNDi 達(dá)成合作，將使用其研發(fā)的人工智能（AI）技術(shù) AlphaFold 來(lái)尋找針對(duì)疾病的有效藥物。
這一技術(shù)在去年新冠疫情流行初期就已嶄露頭角，雖然仍有一部分科學(xué)家對(duì)它的作用提出質(zhì)疑，但它表現(xiàn)出來(lái)的預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的能力或?qū)⒋蟠罂s短藥物研發(fā)過(guò)程，得到了廣泛的關(guān)注，業(yè)內(nèi)人士對(duì)它的發(fā)展前景表示期待。
一、快速預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，破解生物學(xué)難題
2020 年初，新冠肺炎疫情剛剛開(kāi)始爆發(fā)，DeepMind 的科學(xué)家就利用自研 AI 模型 AlphaFold 繪制出一些 SARS-CoV-2 病毒（即新型冠狀病毒）的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)果后來(lái)被實(shí)驗(yàn)證明是準(zhǔn)確的，隨后被全世界的病毒學(xué)家使用。這時(shí)它不同尋常的能力就已經(jīng)開(kāi)始展露。
2020 年底 DeepMind 宣布，AlphaFold 已經(jīng)破解了困擾生物學(xué)界 50 多年的一項(xiàng)難題，即對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)。
馬里蘭大學(xué)計(jì)算生物專家約翰?莫爾特（John Moult）對(duì)于 AlphaFold 的潛力感到既驚訝又興奮：“這是人工智能首次解決嚴(yán)重的科學(xué)問(wèn)題，它可以對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行高質(zhì)量的計(jì)算，這個(gè)前景將對(duì)理解生物學(xué)的許多方面產(chǎn)生極大的幫助。例如，下次我們遇見(jiàn)大流行病時(shí)，可以更快地確定可能的藥物策略。”
▲左為藥物實(shí)驗(yàn)室結(jié)果，右為 AlphaFold 結(jié)果
二、打入制藥領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)針對(duì)疾病的有效藥物
現(xiàn)在 DeepMind 正在為 AlphaFold 開(kāi)發(fā)更多用于現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用，它宣布與總部設(shè)立在日內(nèi)瓦的 Drugs for Neglected Diseases initiative（DNDi）建立新的伙伴關(guān)系。DNDi 是一家非營(yíng)利性制藥組織，在過(guò)去 18 年中一直致力于解決發(fā)展中國(guó)家最致命的疾病：昏睡病（sleeping sickness）、恰加斯病（Chagas disease）和利什曼病（Leishmaniasis）。
DNDi 在尋找治療昏睡病的新方法方面已經(jīng)取得了相當(dāng)大的成功，但是對(duì)于后兩種疾病卻沒(méi)什么進(jìn)展。因此他們希望 AlphaFold 能夠在治療這兩種疾病方面發(fā)揮最大的作用。
在過(guò)去的 18 個(gè)月里，DNDi 和華盛頓大學(xué)、鄧迪大學(xué)以及葛蘭素史克（英國(guó)制藥公司）的一組傳染病研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種分子，它似乎能夠與與恰加斯病的寄生蟲(chóng)克氏錐蟲(chóng)上的蛋白質(zhì)結(jié)合，這使得它能夠封閉寄生蟲(chóng)并殺死它。這些科學(xué)家希望研究這種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，以確切地了解藥物是如何阻止寄生蟲(chóng)發(fā)揮作用的。
在過(guò)去，這是一項(xiàng)復(fù)雜而費(fèi)力的試驗(yàn)任務(wù)，需要很多年的時(shí)間來(lái)完成。但通過(guò) AlphaFold，DNDi 及其合作者已經(jīng)得到了對(duì)這種蛋白質(zhì)形狀的預(yù)測(cè)。佩里希望現(xiàn)在可以利用這些預(yù)測(cè)信息來(lái)設(shè)計(jì)更多藥物，以不同的方式與這種蛋白質(zhì)相結(jié)合來(lái)殺死寄生蟲(chóng)。
“這可以讓我們比幾年前更快地破解恰加斯病和利什曼病。如果你能快速獲得這些蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，你可以設(shè)計(jì)多個(gè)候選藥物，所以你有很多的臨床試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。”DNDi 的藥用化學(xué)家和項(xiàng)目負(fù)責(zé)人本?佩里（Ben Perry）說(shuō)。
▲克氏錐蟲(chóng)
三、實(shí)際作用仍存爭(zhēng)議，業(yè)內(nèi)追捧熱度不減
一些科學(xué)家仍然認(rèn)為，圍繞 AlphaFold 的大量炒作需要降降溫。
“可以看到 DeepMind 在蛋白質(zhì)折疊方面的工作改變了游戲規(guī)則，但現(xiàn)在說(shuō)對(duì)藥物發(fā)現(xiàn)的影響還為時(shí)過(guò)早?！奔又荽髮W(xué)舊金山分校的神經(jīng)學(xué)教授史蒂文?芬克貝納（Steven Finkbeiner）說(shuō)。
“我總體上認(rèn)為，它是一種經(jīng)濟(jì)有效的方法，可以提供一個(gè)立足點(diǎn)，但算法遠(yuǎn)非完美，并且有很多情況下它不起作用。蛋白質(zhì)的世界極其復(fù)雜，病毒或寄生蟲(chóng)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)往往更容易預(yù)測(cè)，然而人體內(nèi)部的變化要大得多?！狈铱素惣{警告道。
盡管 AlphaFold 的實(shí)際作用仍存在爭(zhēng)議，但它所展現(xiàn)出來(lái)的加速藥物發(fā)現(xiàn)的可能性已經(jīng)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注。
據(jù)佩里所說(shuō)，僅僅是因?yàn)樗麄儸F(xiàn)在掌握了 AlphaFold 這項(xiàng)技術(shù)，就大大提高了其制藥合作伙伴們對(duì)幫助其研發(fā)熱帶病新藥的興趣。
DNDi 和 DeepMind 也都希望 AlphaFold 能夠降低藥物發(fā)現(xiàn)過(guò)程的門(mén)檻，使低收入國(guó)家的科學(xué)家也能夠研究開(kāi)發(fā)新的治療方法。
DeepMind 的科學(xué)人工智能負(fù)責(zé)人普希米特?科利說(shuō)（Pushmeet Kohli）：“總的來(lái)說(shuō)，我們?cè)噲D用 AlphaFold 做三種類型的事情。一是擴(kuò)大它在結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方面可以做的事情，二是加速結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)這一過(guò)程，三是讓無(wú)法使用復(fù)雜、昂貴機(jī)器的人也可以使用上這項(xiàng)技術(shù)。”
如果 AlphaFold 確實(shí)有助于快速開(kāi)發(fā)一種治療恰加斯病或利什曼病的新療法，它將很快就會(huì)被用于許多其他的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。
莫爾特對(duì) AlphaFold 的未來(lái)相當(dāng)樂(lè)觀：“擁有針對(duì)這些罕見(jiàn)疾病的潛在藥物靶蛋白的結(jié)構(gòu)，將有助于我們選擇最合適的藥物。我們?nèi)匀恍枰倪M(jìn)計(jì)算機(jī)方法來(lái)研究分子如何與這些蛋白質(zhì)結(jié)合，但幸運(yùn)的是，我們也可以將深度學(xué)習(xí)應(yīng)用于這個(gè)問(wèn)題。”
結(jié)語(yǔ)：預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)前景無(wú)限，價(jià)值仍需時(shí)間證明
利用人工智能來(lái)預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)是一項(xiàng)具有開(kāi)創(chuàng)性的舉措，盡管它還不能取代實(shí)驗(yàn)室，但是這項(xiàng)技術(shù)一旦實(shí)現(xiàn)，將大大縮短藥物的研發(fā)過(guò)程，有效的降低研發(fā)成本，也將給科研工作提供極大的便利。
AlphaFold 的能力已經(jīng)在實(shí)踐中得到一定的展現(xiàn)，不過(guò)其在藥物研發(fā)中的實(shí)際作用目前仍存在一定的爭(zhēng)議，或許仍需要一定的時(shí)間和現(xiàn)實(shí)案例來(lái)驗(yàn)證它現(xiàn)在的價(jià)值，其未來(lái)的發(fā)展道路也必定將充滿挑戰(zhàn)。但我們可以預(yù)見(jiàn)的是，人工智能將在未來(lái)的各個(gè)領(lǐng)域彰顯出驚人的作用，改造人類生活的方方面面。
來(lái)源：Wired
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