近日，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院張林琦教授團(tuán)隊(duì)、清華智能產(chǎn)業(yè)研究院（AIR）和華深智藥三方發(fā)布了最新的新冠抗體研發(fā)成果。

利用新型人工智能抗體平臺(tái)，團(tuán)隊(duì)優(yōu)化和篩選出了新的新冠抗體，該抗體的抗病毒能力，超過(guò)了目前所有已經(jīng)獲得緊急批準(zhǔn)的抗體：不僅可以涵蓋新冠病毒原始株，還對(duì)阿爾法、貝塔、伽馬，以及最新的德?tīng)査茸儺惒《?，達(dá)到高效和廣譜的中和效果。

彭健教授是清華大學(xué)智能產(chǎn)業(yè)研究院（AIR）訪問(wèn)教授、伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校計(jì)算機(jī)科學(xué)系終身教授，主要研究領(lǐng)域?yàn)樯镉?jì)算、化學(xué)信息學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)方向，也是此次項(xiàng)目的AI平臺(tái)負(fù)責(zé)人。

彭健教授向雷峰網(wǎng)(公眾號(hào)：雷峰網(wǎng))表示，此次應(yīng)用的AI抗體設(shè)計(jì)平臺(tái)Helixon Design——Helixon一詞由Helix（螺旋）及exon（蛋白質(zhì)編碼區(qū)域）組成，背后也代表著編碼蛋白的含義。

平臺(tái)能隨著新冠病毒的突變快速隨動(dòng)，生成新的抗體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)而可能徹底解決新冠病毒的變異治療問(wèn)題。

早在十年前，他參與研發(fā)的結(jié)構(gòu)評(píng)估算法就曾參加結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)評(píng)估競(jìng)賽(CASP)，并取得了第一名的成績(jī)，此次的人工智能抗體平臺(tái)也是彭健教授的研發(fā)成果之一。

近期，雷峰網(wǎng)與彭健教授展開(kāi)了一次對(duì)話，試圖解析出這次新冠抗體成果的具體情況，以及其中AI平臺(tái)的實(shí)際效用。

AI，刷新抗體研發(fā)的記錄

彭健教授表示，相比原先抗體，本次AI平臺(tái)研發(fā)的新抗體，最大的特征就是具備廣譜性。

“過(guò)去的抗體研發(fā)通常使用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法利用天然的免疫系統(tǒng)，例如動(dòng)物免疫法，把抗原蛋白注射到動(dòng)物例如轉(zhuǎn)基因小鼠體內(nèi)，讓免疫系統(tǒng)產(chǎn)生抗體；或者從已經(jīng)康復(fù)的病人血液中，分離出產(chǎn)生過(guò)的有效抗體?！?/p>

這些方法雖然成熟，但廣譜性通常都比較弱。因?yàn)檫@些實(shí)驗(yàn)方法得出的抗體，往往對(duì)原始病毒比較有效，一旦病毒發(fā)生變異，就會(huì)逃逸原來(lái)抗體的攻擊，抗病毒效果就會(huì)大打折扣。

這也是此前不少歐美緊急獲批的抗體藥，對(duì)阿爾法株、貝塔株、德?tīng)査曛委熜Ч^差的主要原因。

彭健教授表示：“傳統(tǒng)的生物實(shí)驗(yàn)室受制于資源和人力的限制，無(wú)法枚舉和同時(shí)展示各個(gè)不同變種的抗原結(jié)合區(qū)域。但人工智能和深度學(xué)習(xí)的辦法不一樣，只要算力足夠，就可以模擬和窮舉出所有可能的抗體序列并計(jì)算出它們的中和效果?！?/p>

所以，研究團(tuán)隊(duì)在初期，就將目標(biāo)定義在了“具備較好的廣譜性”。具體的團(tuán)隊(duì)分工則是：

首先，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院提供出最早的抗體樣本；

其次，由華深智藥團(tuán)隊(duì)利用自研的深度學(xué)習(xí)平臺(tái)，模擬和分析抗體與各種新冠病毒刺突蛋白在原子水平的相互作用，以及結(jié)合蛋白與蛋白相互作用，找出哪些作用比較關(guān)鍵，根據(jù)這些信息重新設(shè)計(jì)某些氨基酸和可變區(qū)域，產(chǎn)生親和力更好的新抗體；

最后，抗體產(chǎn)生后回歸實(shí)驗(yàn)室，由清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院負(fù)責(zé)合成，并進(jìn)行生物學(xué)試驗(yàn)測(cè)量抗體針對(duì)于各個(gè)變異株的中和能力。

從今年8月到11月中旬，利用AI抗體設(shè)計(jì)平臺(tái)Helixon Design，合作團(tuán)隊(duì)在三個(gè)半月的時(shí)間里，就研發(fā)出對(duì)阿利法、貝塔、伽馬和德?tīng)査仁喾N突變株都達(dá)到高效和廣譜中和效果的新抗體。

在彭健教授看來(lái)，這種新方法不僅解決了現(xiàn)今的新冠抗體藥問(wèn)題，也為接下來(lái)的抗體藥研發(fā)提供了新思路。

“盡管抗體的提取和測(cè)試環(huán)節(jié)，還離不開(kāi)生物實(shí)驗(yàn)室的支持，但AI解決了最耗費(fèi)時(shí)間的抗體設(shè)計(jì)和再優(yōu)化過(guò)程。應(yīng)對(duì)其它的變異病毒，也可以很快的找出最優(yōu)抗體，在這次試驗(yàn)中，華深智藥的AI模型跑一遍計(jì)算的時(shí)間約為一周左右，而傳統(tǒng)生物試驗(yàn)因?yàn)樾枰贵w制備和培養(yǎng)或者篩選，通常需要花費(fèi)幾個(gè)月時(shí)間?！?/p>

據(jù)《醫(yī)健AI掘金志》了解，目前，針對(duì)新病毒的抗體還沒(méi)有開(kāi)始正式的臨床試驗(yàn)。但后續(xù)的臨床試驗(yàn)正在評(píng)估當(dāng)中，將進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化的臨床報(bào)批流程。

鏈接三方的紐帶

作為此次項(xiàng)目的AI平臺(tái)負(fù)責(zé)人，彭健教授最早的生物計(jì)算研究經(jīng)歷主要開(kāi)始于讀博期間。

2007年在武漢大學(xué)本碩畢業(yè)后，彭健到芝加哥大學(xué)豐田計(jì)算技術(shù)研究所深造，加入了許錦波教授的團(tuán)隊(duì)，成為了他的第一位博士生。

許錦波教授是生物計(jì)算領(lǐng)域著名學(xué)者，曾在2016年證明了深度殘差卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以大大提高蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的性能，引導(dǎo)了深度學(xué)習(xí)在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)領(lǐng)域的第一次變革。

也正是從這個(gè)時(shí)候開(kāi)始，彭健開(kāi)始正式轉(zhuǎn)入生物計(jì)算方向，和許錦波教授參與了多次蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)分析大賽(CASP)。

2013年，從芝加哥大學(xué)畢業(yè)后，他開(kāi)始在麻省理工學(xué)院數(shù)學(xué)系做訪問(wèn)學(xué)者和開(kāi)展博士后研究。

2016年2月，彭健教授獲得斯隆研究獎(jiǎng)，該獎(jiǎng)被稱為美國(guó)的杰出年輕教授獎(jiǎng)，并于2020年獲得了計(jì)算生物學(xué)的最高獎(jiǎng)項(xiàng)Overton Prize，也是唯一一位華人得主。

而在這段時(shí)間里，計(jì)算與分子生物學(xué)領(lǐng)域也進(jìn)入了“冰河期”。

“當(dāng)時(shí)行業(yè)的關(guān)注度比較小，除了計(jì)算分子生物學(xué)以外，也做了不少行業(yè)上下游的工作，包括系統(tǒng)生物學(xué)及疾病基因組學(xué)。從現(xiàn)在的角度來(lái)看，疾病治療和藥物研發(fā)是一整套流程，這些經(jīng)歷會(huì)讓我對(duì)整個(gè)流程的了解更深刻。”

2020年，在AlphaFold 2取得震驚世人的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)成績(jī)之后，彭健教授正式收到組建不久的清華大學(xué)智能產(chǎn)業(yè)研究院（AIR）的邀請(qǐng)。

2021年初，與清華大學(xué)智能產(chǎn)業(yè)研究院（AIR）院長(zhǎng)張亞勤、首席科學(xué)家馬維英的溝通后，彭健決定加入AIR。

2021年7月，彭健從伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校(UIUC)回到國(guó)內(nèi)開(kāi)展生物計(jì)算和人工智能方向研究。

也是從這個(gè)時(shí)候，彭健教授完成了一次身份的轉(zhuǎn)變，成立了自己的人工智能科學(xué)計(jì)算公司——華深智藥，新冠AI抗體正是該公司的第一個(gè)研發(fā)項(xiàng)目。

2021年10月，華深智藥正式完成了千萬(wàn)美元級(jí)天使輪融資，投資機(jī)構(gòu)包括襄禾資本、高瓴創(chuàng)投和清智資本。

寫在最后

由AlphaFold 2引起的AI制藥浪潮，正在吸引互聯(lián)網(wǎng)巨頭、創(chuàng)業(yè)者和頂級(jí)投資機(jī)構(gòu)不斷加碼，一個(gè)新的創(chuàng)業(yè)風(fēng)口已然形成。

此次彭健教授研發(fā)的新冠抗體成果，或許正是AI在生物科學(xué)，大分子預(yù)測(cè)發(fā)展過(guò)程的一次新的“里程碑”。

在他看來(lái)，這是一個(gè)“創(chuàng)造增量”而不是“競(jìng)爭(zhēng)存量”的行業(yè)——人類疾病的種類太多，不同腫瘤有很多亞型，每一種亞型背后都是上萬(wàn)，甚至幾十萬(wàn)病人的切身需求。這個(gè)行業(yè)不是競(jìng)爭(zhēng)同一塊蛋糕，而是一起從零創(chuàng)造出市場(chǎng)。

而未來(lái)的創(chuàng)業(yè)故事也更加充滿融合、合作的意味：“不同AI制藥公司可以研發(fā)出自己的管線，騰訊或華為等大企業(yè)去解決算力和技術(shù)需求，未來(lái)幾年，將會(huì)有更多解決更多像抗體藥等等無(wú)法解決的疾病和問(wèn)題?！?nbsp;

據(jù)最新消息，彭健教授正在組織研究針對(duì)新冠病毒最新變異毒株Omicron的抗體設(shè)計(jì)，相信會(huì)很快取得成果。

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