“干濕結(jié)合”將成為生物學(xué)研究趨勢

馬劍鵬：整合生物化學(xué)實驗測量及理論計算領(lǐng)域，屢有創(chuàng)新突破。

馬劍鵬，曾任美國貝勒醫(yī)學(xué)院和萊斯大學(xué)終身教授、貝勒醫(yī)學(xué)院冠頂教授。在整合生物化學(xué)實驗測量及理論計算領(lǐng)域，屢有創(chuàng)新突破。2018年起和邁克爾·萊維特一起加盟復(fù)旦大學(xué)，并擔(dān)任復(fù)雜體系多尺度研究院院長。此番浦江科學(xué)大師講壇上，馬劍鵬作為分報告人，向大家分享了AI在賦能新藥研發(fā)方面的最新進(jìn)展。

在馬劍鵬看來，傳統(tǒng)的生物學(xué)研究，尤其是結(jié)構(gòu)生物研究，就是兩大方向。一個是實驗，一個是計算?！霸诤荛L一段歷史里，生物學(xué)研究中實驗方法是起主導(dǎo)地位的。但近年來，隨著AI技術(shù)的突飛猛進(jìn)，計算生物學(xué)已經(jīng)從一個相對冷門或邊緣的科學(xué)，一下子躍升為引領(lǐng)分子生物學(xué)的龍頭學(xué)科。因為一般從科學(xué)角度講，理論或定量分析的普及，往往是一個學(xué)科成熟的標(biāo)志。當(dāng)今世界，對一個大國來說，計算生物學(xué)是促進(jìn)其醫(yī)藥行業(yè)顛覆性創(chuàng)新發(fā)展必須占領(lǐng)的制高點。我們國家也絲毫不例外?！?/p>

我們現(xiàn)在講“芯片”和“藥片”?！靶酒本褪撬懔Γ八幤本褪侵扑??！坝兴懔陀袡?quán)力，新藥設(shè)計首先是個計算生物學(xué)問題?！瘪R劍鵬在演講中強(qiáng)調(diào)，計算生物學(xué)是一個引領(lǐng)性科學(xué)?！坝嬎恪币褲B透到現(xiàn)代生物學(xué)研究的每個角落，設(shè)計新型非自然蛋白以及開發(fā)新功能、新藥物、新材料是目前計算生物學(xué)領(lǐng)域的研究目標(biāo)。

從全新目標(biāo)蛋白發(fā)現(xiàn)，計算結(jié)構(gòu)預(yù)測、實驗結(jié)構(gòu)測定、專用模擬算法開發(fā)，到藥物設(shè)計等全鏈條一體化研發(fā)，馬劍鵬描繪了AI賦能大分子新藥設(shè)計總架構(gòu)——用計算機(jī)預(yù)測靜態(tài)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，然后用專用模擬算法模擬蛋白質(zhì)的運動模式，在弄清楚蛋白質(zhì)的性質(zhì)之后，有針對性地設(shè)計藥物。他表示，新藥研發(fā)是系統(tǒng)工程，而蛋白質(zhì)選取是藥物創(chuàng)新的源頭。這項基礎(chǔ)研究需要“不同方向的專業(yè)人才保持步調(diào)一致，在統(tǒng)一指揮下進(jìn)行‘大兵團(tuán)會戰(zhàn)’”。

在馬劍鵬看來，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測技術(shù)，比如AlphaFold2（注：“阿爾法折疊2”，為谷歌旗下DeepMind公司的產(chǎn)品），雖然很強(qiáng)大，但還遠(yuǎn)沒有達(dá)到能夠取代實驗的水平，在未來，“干濕結(jié)合”，即計算和實驗相結(jié)合將成為生物學(xué)研究趨勢，從而解決更多生物問題特別是藥物設(shè)計問題。

馬劍鵬說，在目前的狀態(tài)下，沒有任何一個預(yù)測方法能夠把AlphaFold2預(yù)測出來的結(jié)構(gòu)進(jìn)行再修正。在分子動力學(xué)模型里面的增強(qiáng)取樣算法是目前唯一可能的方法，而他的團(tuán)隊正好有非常有潛力的相關(guān)方法，通過強(qiáng)大的算法來彌補(bǔ)算力的不足。

“生物體系越來越復(fù)雜，尺度越來越紛繁，信號越來越模糊，數(shù)據(jù)越來越龐大，所以生物研究對計算方法的依賴越來越強(qiáng)，計算生物學(xué)變得越來越重要”，馬劍鵬希望，更多的有志青年能夠跨越計算機(jī)和生物學(xué)之間的樊籬，加入到“復(fù)雜體系多尺度研究”之中。