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“干湿结合”将成为生物学研究趋势-z6尊龙旗舰厅

日期:2022-11-23 【 来源 : 新民周刊 】 阅读数:0

上图:马剑鹏:整合生物化学实验测量及理论计算领域,屡有创新突破。


  马剑鹏,曾任美国贝勒医学院和莱斯大学终身教授、贝勒医学院冠顶教授。在整合生物化学实验测量及理论计算领域,屡有创新突破。2018年起和迈克尔·莱维特一起加盟复旦大学,并担任复杂体系多尺度研究院院长。此番浦江科学大师讲坛上,马剑鹏作为分报告人,向大家分享了ai在赋能新药研发方面的最新进展。

  在马剑鹏看来,传统的生物学研究,尤其是结构生物研究,就是两大方向。一个是实验,一个是计算。“在很长一段历史里,生物学研究中实验方法是起主导地位的。但近年来,随着ai技术的突飞猛进,计算生物学已经从一个相对冷门或边缘的科学,一下子跃升为引领分子生物学的龙头学科。因为一般从科学角度讲,理论或定量分析的普及,往往是一个学科成熟的标志。当今世界,对一个大国来说,计算生物学是促进其医药行业颠覆性创新发展必须占领的制高点。我们国家也丝毫不例外。”

  我们现在讲“芯片”和“药片”。“芯片”就是算力,“药片”就是制药。“有算力就有权力,新药设计首先是个计算生物学问题。”马剑鹏在演讲中强调,计算生物学是一个引领性科学。“计算”已渗透到现代生物学研究的每个角落,设计新型非自然蛋白以及开发新功能、新药物、新材料是目前计算生物学领域的研究目标。

  从全新目标蛋白发现,计算结构预测、实验结构测定、专用模拟算法开发,到药物设计等全链条一体化研发,马剑鹏描绘了ai赋能大分子新药设计总架构——用计算机预测静态蛋白质结构,然后用专用模拟算法模拟蛋白质的运动模式,在弄清楚蛋白质的性质之后,有针对性地设计药物。他表示,新药研发是系统工程,而蛋白质选取是药物创新的源头。这项基础研究需要“不同方向的专业人才保持步调一致,在统一指挥下进行‘大兵团会战’”。

  在马剑鹏看来,蛋白质结构预测技术,比如alphafold2(注:“阿尔法折叠2”,为谷歌旗下deepmind公司的产品),虽然很强大,但还远没有达到能够取代实验的水平,在未来,“干湿结合”,即计算和实验相结合将成为生物学研究趋势,从而解决更多生物问题特别是药物设计问题。

  马剑鹏说,在目前的状态下,没有任何一个预测方法能够把alphafold2预测出来的结构进行再修正。在分子动力学模型里面的增强取样算法是目前唯一可能的方法,而他的团队正好有非常有潜力的相关方法,通过强大的算法来弥补算力的不足。

  “生物体系越来越复杂,尺度越来越纷繁,信号越来越模糊,数据越来越庞大,所以生物研究对计算方法的依赖越来越强,计算生物学变得越来越重要”,马剑鹏希望,更多的有志青年能够跨越计算机和生物学之间的樊篱,加入到“复杂体系多尺度研究”之中。

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