·“假如你想預測某個化合物是否會通過臨床試驗，那么需要化合物、數十萬次試驗，并確切地知道每個試驗中發生的情況，這樣可以訓練一個非常有效的模型。我們顯然沒有這些數據。”

蛋白質由20種簡單的氨基酸經過排列組合拼接而成，一條氨基酸序列包含它能形成蛋白質的所有結構和活性信息。一條氨基酸序列可以自發折疊成唯一的三維結構，然后在細胞內發揮特定的功能——有的可以結合DNA，控制基因的開關；有的可以識別病原體，啟動免疫反應。

當地時間2024年10月9日，美國華盛頓特區，美國生物化學家、2024年諾貝爾化學獎得主戴維·貝克拿著一個設計好的蛋白質納米粒子模型。視覺中國 資料圖

1993年，2024年諾貝爾化學獎得主之一美國華盛頓大學的大衛·貝克（David Baker）開始開發名為Rosetta的軟件，以解開蛋白質折疊之謎。同時，貝克也開始挑戰“從頭設計蛋白質”。相比預測蛋白質的結構，從頭設計一個蛋白質要求科學家們能根據一個具有特定形狀的蛋白，倒推出其DNA序列。2003年，大衛團隊設計出了第一個原本并不存在于自然界中的蛋白質，命名為Top7。雖然這個蛋白質折疊成了他們理想的模樣，但不具有任何功能。

貝克現在是華盛頓大學蛋白質設計研究所（Institute for Protein Design）的主任，他與他人共同創立了21家公司，其中最著名的是Xaira Therapeutics——獲得了超過10億美元的支持，將他實驗室的研究轉化為藥物。

當地時間2024年10月18日，貝克在接受生物醫藥行業媒體Endpoints采訪時談到從頭設計蛋白質的重要性：“蛋白質可以執行一系列驚人的功能，經過數百萬年或數十億年的進化來解決問題。今天出現了新的問題。在醫學領域，我們的壽命更長，因此出現了新的疾病。新的大流行病毒隨時有可能出現。醫學之外，人類正在使地球變暖并產生污染。蛋白質設計的承諾是能夠設計出解決當前問題的新蛋白質，以及自然界中的蛋白質自然選擇過程中的相關問題。”

據《科學》（Science）雜志10月16日報道，AI設計的蛋白質可以改變醫學和技術——新工具已經使研究人員能夠生產出用于疫苗和癌癥治療的設計蛋白、人工污染消除酶和能夠促進礦物質生長的分子組件。例如2020年，新冠肺炎暴發后不久，華盛頓大學的研究人員設計了附著在SARS-CoV-2刺突蛋白特定部分的蛋白質，并阻止病毒穿透人體細胞。識別刺突蛋白的這一部分使他們能夠設計一種疫苗，該疫苗將關鍵蛋白質部分的數十個拷貝排列在蛋白質核心周圍，以訓練免疫系統識別和滅活SARS-CoV-2上的相同結構。在成功進行人體試驗后，這種名為SKYCovione的疫苗去年被批準在韓國和英國使用，盡管由于疫情的減少，其生產已被擱置。華盛頓大學的研究人員正在研究其他疫苗，包括一種廣譜流感疫苗，可能消除對年度加強針的需求，以及一種針對呼吸道合胞病毒的疫苗，呼吸道合胞菌病毒是嬰兒和老年人的主要殺手。

當被問及對AI優化化合物的方法持樂觀態度還是懷疑態度時，貝克說，“假如你想預測某個化合物是否會通過臨床試驗，那么需要化合物、數十萬次試驗，并確切地知道每個試驗中發生的情況，這樣可以訓練一個非常有效的模型。我們顯然沒有這些數據。”他認為有兩條發展的道路：“第一種是識別可能獲得長期成功的代替物，然后優化它們，作為結構代替物，比如以一定量的表面疏水性為目標。第二種是生成相關的數據集。地球上沒有任何實體可以進行十萬次臨床試驗并收集數據。大型制藥公司有很多關于不同化合物在藥物開發流程中失敗的內部數據。有趣的是，一些公司正在利用這些數據進行訓練，這是否成功將取決于數據集的廣泛程度。”

參考資料：

1.https://endpts.com/nobel-winner-david-baker-on-ai-in-biology-and-protein-design/

2.https://www.science.org/content/article/ai-designer-proteins-could-transform-medicine-and-materials