许锦波获新奖，AI蛋白创新井喷

来源：环球Tech
时间：2023-08-01 15:20:04

2023年7月，首届国际基础科学大会在北京隆重召开。知名计算生物学家、分子之心创始人、清华大学智能产业研究院（AIR）卓越访问教授许锦波荣获大会前沿科学奖。

(资料图)

首届国际基础科学大会由国际著名数学家丘成桐先生倡议发起，大会针对过去五年全球数学、物理、计算机与信息科学三大基础科学领域发表的论文，由诺贝尔奖、菲尔茨奖、图灵奖等国际大奖得主与世界各地的科学院院士共160多位评委共同评选出最具价值的研究成果，授予前沿科学奖。

许锦波教授作为《深度学习驱动的基于距离的蛋白质折叠》的唯一作者而获得此项大奖。这项研究在全球范围内首次将AI应用至蛋白质氨基酸（原子）之间的距离预测，进一步提升了蛋白质三维结构预测的精度，且让科学家仅需使用笔记本电脑就能完成这项工作。该成果2019年发表于美国国家科学院院刊（PNAS），对AI蛋白质结构预测领域影响深刻，被广泛应用于AI蛋白质建模、优化与设计中。

当前，生物经济正成为新经济增长点，作为其底层基础的蛋白质相关研究，也在AI的加持下提速爆发。解释蛋白质的三维结构进而理解其功能，是理解生命机制的重要一步，也是药物设计、合成生物学产品研发的重要基础。但这一问题非常具有挑战性，在过去近60年中，科学家们持续研究但进展缓慢。2016年，许锦波教授将AI方法引入蛋白质结构预测中，一举实现了预测准确度的跨越式提升，为此后AlphaFold等方法的出现及蛋白质相关研究奠定了关键基础。许锦波教授也因此被业界誉为“全球AI蛋白质折叠奠基人”。2019年，许锦波教授将研究范围扩展至AI蛋白质优化与从头设计，并将预训练机制引入其中，进一步探索AI蛋白质技术的产业应用路径。

近期，许锦波团队在AI蛋白质结构设计领域进展频频。今年6月，发布了全球首创的可同时进行蛋白质侧链预测和序列设计的AI算法《An end-to-end deep learning method for protein side-chain packing and inverse folding》，在精度、速度上取得大幅提升，并十分易用，这有利于它在工业领域被广泛应用。同期，许锦波教授在国际权威学术期刊《科学》上发表了与基因测序巨头Illumina 的联合研究成果《The landscape of tolerated genetic variation in humans and primates》,用AI蛋白技术分析灵长类动物基因组的变异机制，为个性化基因医学的发展夯实理论基础。

在7月召开的2023世界人工智能大会（WAIC）上，许锦波领衔的分子之心团队发布了业界首个AI蛋白质生成大模型“NewOrigin”（中文名“达尔文”），瞄准创新药设计、合成生物学等领域真实产业应用需求，用一个模型满足蛋白质生成全流程需求，让未来的大分子药、新生物材料等蛋白质设计实现“一键定制”。

许锦波教授认为，相对于通用领域，大模型的价值或将在垂类领域先行爆发，尤其是蛋白质生成。蛋白质作为生命的语言，其氨基酸序列与自然语言类似，天然适用大语言模型，大模型有望将蛋白质设计从“编程时代”提升至“智能生成时代”。许锦波教授从2019年开始研究用大模型的方法，即预训练机制改造和设计蛋白质，并持续取得突破。“当然，蛋白质序列形成的结构比自然语言的结构复杂得多，数据处理、AI算法、反馈机制等方面不能只是套用现有的大语言模型。但目前的阶段性进展已经让我们看到基于AI生成机制的大模型在蛋白质设计领域的潜力，相信AI蛋白质生成大模型是解决产业级蛋白质生成问题的有效路径。”

在持续推进AI算法创新的同时，分子之心也公布了多项经湿实验验证的AI从头设计的蛋白质成果，如功能与天然蛋白类似但氨基酸数量更少的蛋白质，或是能与某个特定小分子结合的蛋白质、与某个特定底物结合的酶等。比如，许锦波团队从头设计的绿色荧光蛋白（GFP），仅用110个氨基酸就实现了与238个氨基酸的天然GFP蛋白相似的功能，并在首次湿实验验证中就获得100%成功。

分子之心AI算法从头设计的荧光酶和GFP蛋白

在药物设计领域，许锦波团队仅用几小时就完成了传统方法需要数月才能完成的抗体设计，并经湿实验验证成功得到多个候选抗体，这一结果对大分子药物设计意义重大，意味着蛋白质从头设计算法在抗体领域的可行性，未来可用基于AI的可编程、可预测方法替代传统的“试错”机制，针对特定的治疗需求直接设计蛋白质药物。甚至突破现有靶点的限制，从疾病源头解决健康问题。

分子之心在AI蛋白质设计领域的技术突破，都将通过AI蛋白质预测、优化、设计平台“MoleculeOS”服务于生物医药、合成生物学等产业领域。MoleculeOS是分子之心自研的业界首个功能完善的AI蛋白质预测、优化、设计平台, 可面向真实产业需求提供解决方案，基于AI蛋白质技术解决药物设计、生物育种、环境保护、高性能材料等领域的真实产业需求。

当下，生物科技的颠覆性变革已经开启，未来，人类将能更加系统、全面地探索蛋白质宇宙中广阔的未知领域，设计出新颖的、自然界中不存在的超级蛋白质，加速生物经济时代到来。

关键词：