AlphaFold 2的问世可谓是生物学界海啸级地震,让蛋白质结构预测走上另一个新阶段。同时,AlphaFold的开创性方法也对其他研究产生深远的影响。这不,清华和MIT研究团队在最新研究中就用上了它。
AlphaFold 2一次解析了2亿个结构,而颜宁团队一年才能解析十几个蛋白质。
2021年年底,人工智能预测蛋白质结构AlphaFold被评Science评为2021十大科学突破之首。
对蛋白质进行系统深入的研究,能让人类从更深层次诠释生命体的构成和运作变化规律,进而全面揭示生命运行、发展的机制,激发生物科学、药物研发、合成生物学方面的发展。
至AlphaFold2问世之后,各类投资机构原本拨给结构生物学的90%以上的经费,都划拨给了生物AI的实验室,现在像冷冻电镜解析蛋白质结构的研究,在nsf根本拿不到经费
这也可能是颜宁归国的一个重要原因之一,更大的原因是因为颜宁想归国发挥她自己更大的价值!
新药研发“山高峰险” AI for Science提速进度条走到哪了?
日前,在深势科技的新一代药物计算设计平台 Hermite发布会上发布,目前最有效的分子模拟技术比上一代效率提升了1000倍以上。
“AI for Science作为一种新的研发范式已经成为领域热点,我们从业者应该持续定义与解决行业关键问题,运用一切先进的计算手段提升计算模拟效率,从而尽快促进药物研发模式从随机筛选走向理性设计,从经验驱动迈向数据与模型驱动,从‘劳动密集’到‘计算密集’的智能化转变。”
研发的每个环节都有提升空间
药物研发要经历靶点的发现与验证、先导化合物的发现与优化、候选化合物的挑选及开发和临床研究等多个阶段。大体来看,临床前研究的不确定性更大,临床研究的成本则更高。
从本质上来说,小分子化学药是由原子、分子排列组合而成的,他们的结构与其对疾病相关靶点的活性和其他成药性质息息相关,需要通过实验试错来找到、优化出理想的物质结构,再通过动物模型验证,最终面临临床试验的终极大考。
传统的小分子药物研发,通过实验从已知分子库中穷举探索动辄上万个类药分子,并基于科学家的经验和见解进行设计优化、再实验验证,如此反复数轮,最终找到潜力药物。
耗时费钱的实验具有局限性,与科学家的个人经验、甚至运气高度相关;而其中的筛选试错、设计优化等步骤,完全可以借助AI算法来提高效率和成功率。以深势科技此次发布的Hermite平台为例,该平台涵盖了从蛋白结构预测到动力学研究,从苗头化合物发现到自由能评估等环节。如蛋白质结构预测工具Uni-Fold,较以往平台训练时间至少可以减少50%,复合蛋白预测精度至少提升15%;Uni-IFD可以精确预测药物与靶点的结合模式;Uni-FEP能够基于自由能微扰理论、分子动力学、增强采样算法,以化学精度高效评估蛋白质与配体的结合亲和能。
AI+药企的合作已经落地
除了创新药企,CXO企业也正在与AI制药建立联系
据悉,近期刚刚上市的CXO企业泓博医药(301230.SZ)与深势科技已经合作超过一年。”我们有6个客户、8个项目使用了深势科技的Hermite平台,发现在设计的分子与蛋白结合的亲和力这一块,模拟出来的数据和实测的数据非常吻合。本来一般情况下,这个过程需要2至3年,现在可以很大程度地缩短时间。”泓博医药药物化学高级副总裁蔡振伟博士告诉《科创板日报》记者。
对于当前科学实验中遇到的问题,深势科技创始人兼CEO孙伟杰还特别提出了科学实验算法的分级理论,即如何对算法设定合理的期望,怎样的算法是可以大规模替代实验的工业级算法。算
分为L1至L3三个级别:L1为模仿现实,即对实验结果的复制和外推;L2为预测现实,对现象的预测接近实验精度,并有可预期的误差范围;L3为搜索现实,这就要求能够准确预测现象,并能从空间中直接搜索最佳结果。
“当前,对于化学、生物、材料、药物等实验学科,并不一定追求百分之百准确的算法,只要能够大幅缩小实验误差,明确精度边界,就可以大规模的替代此前的实验模式,所以大规模推广L2级别,积极发展L3级别的算法,将引领未来实验科学算法的前进方向。我们的目标是到2025年,在主要模块上实现L2级别的算法;到2023年实现L3级别的算法。”孙伟杰说。
2022年3月3日,上海泓博智源医药股份有限公司(“泓博医药”)和北京深势科技有限公司(“深势科技”)共同宣布签订战略合作协议,达成长期战略合作关系。双方基于各自研发及服务领域的协同性和互补性,就小分子药物相关的临床前研究展开合作。
根据协议,泓博医药将结合自身在药物化学方面已有的平台,深度融合深势科技的 Hermite Uni-FEP 自由能微扰计算模块,显著提升在化合物优化阶段的交付效率,为行业客户打造面向未来研发范式更具价值的服务体系。未来,双方还将在商业化拓展及CADD人才发展等领域展开进一步的合作。
目前,泓博医药已经通过“云上+私有化”的方式,具备了面向海量客户提供大规模FEP计算服务的能力。
关于FEP自由能微扰计算
FEP是目前公认精度最高、迁移性最好的亲和力评估计算方法。此次泓博医药部署的Hermite Uni-FEP是深势科技自研的FEP完整解决方案,它将自由能微扰理论、分子动力学、增强采样算法与高性能计算相结合,能够以化学精度高效评估蛋白质与配体的结合自由能,实现工业规模的先导化合物优化筛选,提升药物研发效率。
在深势科技看来,AI是计算工具之一。在AI+Science科学研究范式下,通过“多尺度物理模型+AI+高性能计算”的新一代分子模拟技术,深势科技可突破性地实现多尺度分子模拟中精度与效率的统一,为药物领域带来极具突破性的计算模拟及设计工具。最终计算不止可以辅助制药,而是可以部分代替实验,通过微尺度工业设计平台将过去业内以“炒菜”式实验为主的试错式研发模式,逐渐转变为“计算设计-实验验证”的理性设计研发模式。
本次合作的Uni-FEP是深势科技Hermite药物计算平台的核心模块,平台定位于提供一站式的早期药物研发解决方案,包含了从蛋白结构/靶点识别/虚拟筛选到先导化合物优化和分子推荐等各个阶段的功能模块,同时基于云计算和GPU加速做了大量的开发工作,从而能够适配当今对高精度和大通量计算的需求,在算力-算法-数据以及产品易用度层面都对传统的CADD工具进行了变革和创新。
关于泓博医药
上海泓博智源医药股份有限公司是一家快速发展的新药研发服务及原料药生产企业。自2007年12月成立以来,公司以科技创新为驱动力,以创建具有特色的“智力型”创新企业为目标,积极与客户及商业伙伴开展全方位的合作,努力成为新药创制服务和原料药工艺创新研究、生产和销售的领军企业。
泓博医药总部坐落于上海浦东新区张江高科技产业园东区,拥有约11,100平米的办公区、实验室及先进的仪器设备。公司自创立之初就着力为员工创造一个安全、舒适、科学的工作环境,目前拥有NMR (Bruker 400M)、SFC、HPLC、chiral-HPLC、LC-MS、LC-MS/MS (API 4000)、IR、UV、GC、GC-MS、正/反相制备色谱、微波合成仪、平行合成仪、差示扫描量热仪(DSC)、电子显微镜等各类实验及检测设备。正是这样高品质的科研环境保证了泓博医药研发部门高质量的运营及科研成果。作为高新技术企业,公司至今已获得23项国内外专利授权,其中国内授权专利22项,美国授权专利1项。
科技的发展也给医药行业带来了翻天覆地的变化,从AlphaFold 2的问世震惊了结构生物学界,到泓博医药与深势科技携手共创中国的AI制药新风口和新机遇,将会给国内的CXO制药企业带来极大的冲击,泓博医药也会借助科技的风口快速成长!