随着科技的飞速发展,合成生物学正逐渐从实验室的深处走向世人的视野,为生命科学和相关产业提供了可能性。进入21世纪,合成生物学的发展可分为4个阶段:创建时期、扩张和发展期、快速创新及应用转化期和发展新阶段。但是像所有新兴技术一样,合成生物学面临的问题也很多。人工智能驱动的设计与发现(AIDD)应运而生,与合成生物学的结合,不仅为我们解决了前所未有的难题,而且开创了新的研究与应用领域,让我们真切感受到了科技与生物学的完美融合。图AI与合成生物学结合的过程一、AIDD定义及在合成生物学中的工作原理人工智能驱动的设计与发现,简称AIDD,是一种创新的科技方法。它结合了人工智能(AI)的高度计算能力与生物技术的专业知识,目的是加速并优化合成生物学中的设计与发现过程。具体来说,AIDD能够通过机器学习模型对大量的数据进行深入分析,预测哪些生物组件或化合物在特定环境下最有可能成功。在合成生物学中,AIDD的核心作用在于其能够在短时间内提供精确的生物设计方案,并预测其在现实世界中的应用效果。传统的实验方法可能需要数月甚至数年来确定一个生物设计的可行性,而AIDD通过对已有数据的学习和新数据的预测,极大地缩短了这一周期。不仅为研究者节省了大量的时间和资源,还为合成生物学的商业化应用铺平了道路。不得不说,AIDD为合成生物学带来的,不仅仅是技术上的进步,更是一个颠覆性的工作模式与思维方式的改变。Arzeda的蛋白质设计技术案例Arzeda公司,一家专注于蛋白质生物物理学和代谢生物化学的领军企业,已成功开创了结合计算设计与人工智能的蛋白质设计平台。这一独特的技术打破了传统的设计界限,使得蛋白质设计更为灵活,满足了各种特定场景下的复杂需求。从农业到医疗,Arzeda的蛋白质设计技术已经帮助各行各业实现了前所未有的革命性进步。更为关键的是,该技术能够迅速理解、模拟并优化天然蛋白质的结构和功能,创造出不受自然界限制的、功能性强大的新型蛋白质。这种突破性的创新,为合成生物学赋予了真正的革命性价值。例如Arzeda利用AI+蛋白质设计组合,开发出了新型蛋白设计技术ProSweet Enzymes。同时规模化扩大该项技术使甜味剂企业能够高效、经济地从甜叶菊提取物中制造Reb D和Reb M(Reb D和Reb M是甜叶菊植物中天然存在的甜菊糖苷,被行业广泛用作一种零热量天然糖分和甜味剂替代成分,其与蔗糖属性非常接近)。二、AIDD在合成生物学中的应用随着人工智能(AI)技术的快速发展,越来越多的研究者开始探索将AI应用于合成生物学,进一步促进了合成生物学在化学品制造、新颖材料、人类健康及环境保护等方面的进步。AIDD能够通过机器学习模型进行深度学习,自动识别出哪些蛋白质设计是最有希望的,从而避免了传统方法中的多次尝试和错误,AIDD还能够结合其他生物学、化学和物理学知识,提供更为全面和深入的理论数据。特别是在蛋白质设计方面,它不仅能够帮助我们设计出更为高效和具有革命性的蛋白质,还有望在未来为合成生物学领域开辟出新的研究和应用方向,使其真正地为人类带来实实在在的好处。表2 结合AI技术的合成生物技术平台及其应用Agrematch案例研究位于以色列Rehovot的Agrematch公司,凭借其独特的Agresens系统平台,展示了AIDD技术在农业食品领域中的巨大潜力。Agresens不仅融合了人工智能、深度学习算法和数据科学概念,还汇聚了生物学、化学和农业的丰富知识。这一综合性的平台加速了农业食品及其他行业功能性成分的开发。它在作物保护、肥料、除害虫、微生物和真菌产品控制等领域中已经实现了一系列突破性的成果,为农业带来了新的活力和效益Agrematch公司借助AIDD技术,有效地加快了化合物发现的步伐。公司通过该技术成功开发了新型的除草剂——4-氯-2-五烯酰胺。这种除草剂的工作原理是抑制卟啉生物合成的关键酶——原卟啉氧化酶,实现高效的除草效果。此创新不仅为农业带来了更为环保、高效的除草方案,还减少了对生态环境的潜在危害。三、AIDD对合成生物学的影响人工智能驱动的设计与发现(AIDD)在合成生物学中已产生了深远的影响,推动着科学家们对生命科学的理解向前迈进。首先,AIDD为合成生物学提供了一种全新的方法论,使得研究人员能够快速、高效地设计、筛选和验证生物分子、路径和细胞。传统的实验方法可能需要数月甚至数年的时间来达到预期结果,但现在,利用AIDD的能力,这个周期被缩短。其次,合成生物学正逐渐与其他多个领域交汇融合,包括医药、农业、材料科学等。例如,在医药领域,结合合成生物学和AIDD可以帮助研究人员更快地发现和优化新药;在农业领域,可以设计出更为高效、环保的生物农药和改良品种。AIDD也为合成生物学带来的这种跨学科的合作,为科学家们提供了无尽的创新空间和潜在价值。不仅加速了基础研究的进展,更为产业界带来了实际、切身的应用和价值。四、结论人工智能驱动的设计与发现(AIDD)已经在合成生物学中确立了其关键的地位。它不仅优化和革新了传统的研究方法,而且极大地拓展了合成生物学在其他领域的应用范围,为各个产业带来了实际益处。未来随着技术的持续进步,我们有理由期待AIDD将引领合成生物学走向一个更为广阔、更为精准的新纪元,为人类社会带来更多的福祉与创新。 S嘉必优(sh688089)S S凯赛生物(sh688065)S S华恒生物(sh688639)S S川宁生物(sz301301)S
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