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| 本文作者： 劉海濤 | 2021-12-31 16:15 |
近日，清華大學醫學院張林琦教授團隊、清華智能產業研究院（AIR）和華深智藥三方發布了最新的新冠抗體研發成果。
利用新型人工智能抗體平臺，團隊優化和篩選出了新的新冠抗體，該抗體的抗病毒能力，超過了目前所有已經獲得緊急批準的抗體：不僅可以涵蓋新冠病毒原始株，還對阿爾法、貝塔、伽馬，以及最新的德爾塔等變異病毒，達到高效和廣譜的中和效果。
彭健教授是清華大學智能產業研究院（AIR）訪問教授、伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校計算機科學系終身教授，主要研究領域為生物計算、化學信息學和機器學習方向，也是此次項目的AI平臺負責人。
彭健教授向雷峰網表示，此次應用的AI抗體設計平臺Helixon Design——Helixon一詞由Helix（螺旋）及exon（蛋白質編碼區域）組成，背后也代表著編碼蛋白的含義。
平臺能隨著新冠病毒的突變快速隨動，生成新的抗體結構設計，進而可能徹底解決新冠病毒的變異治療問題。
早在十年前，他參與研發的結構評估算法就曾參加結構預測評估競賽(CASP)，并取得了第一名的成績，此次的人工智能抗體平臺也是彭健教授的研發成果之一。
近期，雷峰網(公眾號：雷峰網)與彭健教授展開了一次對話，試圖解析出這次新冠抗體成果的具體情況，以及其中AI平臺的實際效用。
彭健教授表示，相比原先抗體，本次AI平臺研發的新抗體，最大的特征就是具備廣譜性。
“過去的抗體研發通常使用傳統實驗方法利用天然的免疫系統，例如動物免疫法，把抗原蛋白注射到動物例如轉基因小鼠體內，讓免疫系統產生抗體；或者從已經康復的病人血液中，分離出產生過的有效抗體。”
這些方法雖然成熟，但廣譜性通常都比較弱。因為這些實驗方法得出的抗體，往往對原始病毒比較有效，一旦病毒發生變異，就會逃逸原來抗體的攻擊，抗病毒效果就會大打折扣。
這也是此前不少歐美緊急獲批的抗體藥，對阿爾法株、貝塔株、德爾塔株治療效果較差的主要原因。
彭健教授表示：“傳統的生物實驗室受制于資源和人力的限制，無法枚舉和同時展示各個不同變種的抗原結合區域。但人工智能和深度學習的辦法不一樣，只要算力足夠，就可以模擬和窮舉出所有可能的抗體序列并計算出它們的中和效果。”
所以，研究團隊在初期，就將目標定義在了“具備較好的廣譜性”。具體的團隊分工則是：
首先，清華大學醫學院提供出最早的抗體樣本；
其次，由華深智藥團隊利用自研的深度學習平臺，模擬和分析抗體與各種新冠病毒刺突蛋白在原子水平的相互作用，以及結合蛋白與蛋白相互作用，找出哪些作用比較關鍵，根據這些信息重新設計某些氨基酸和可變區域，產生親和力更好的新抗體；
最后，抗體產生后回歸實驗室，由清華大學醫學院負責合成，并進行生物學試驗測量抗體針對于各個變異株的中和能力。
從今年8月到11月中旬，利用AI抗體設計平臺Helixon Design，合作團隊在三個半月的時間里，就研發出對阿利法、貝塔、伽馬和德爾塔等十余種突變株都達到高效和廣譜中和效果的新抗體。
在彭健教授看來，這種新方法不僅解決了現今的新冠抗體藥問題，也為接下來的抗體藥研發提供了新思路。
“盡管抗體的提取和測試環節，還離不開生物實驗室的支持，但AI解決了最耗費時間的抗體設計和再優化過程。應對其它的變異病毒，也可以很快的找出最優抗體，在這次試驗中，華深智藥的AI模型跑一遍計算的時間約為一周左右，而傳統生物試驗因為需要抗體制備和培養或者篩選，通常需要花費幾個月時間。”
據《醫健AI掘金志》了解，目前，針對新病毒的抗體還沒有開始正式的臨床試驗。但后續的臨床試驗正在評估當中，將進入標準化的臨床報批流程。
作為此次項目的AI平臺負責人，彭健教授最早的生物計算研究經歷主要開始于讀博期間。
2007年在武漢大學本碩畢業后，彭健到芝加哥大學豐田計算技術研究所深造，加入了許錦波教授的團隊，成為了他的第一位博士生。
許錦波教授是生物計算領域著名學者，曾在2016年證明了深度殘差卷積神經網絡可以大大提高蛋白質結構預測的性能，引導了深度學習在蛋白質結構預測領域的第一次變革。
也正是從這個時候開始，彭健開始正式轉入生物計算方向，和許錦波教授參與了多次蛋白質結構預測關鍵技術分析大賽(CASP)。
2013年，從芝加哥大學畢業后，他開始在麻省理工學院數學系做訪問學者和開展博士后研究。
2016年2月，彭健教授獲得斯隆研究獎，該獎被稱為美國的杰出年輕教授獎，并于2020年獲得了計算生物學的最高獎項Overton Prize，也是唯一一位華人得主。
而在這段時間里，計算與分子生物學領域也進入了“冰河期”。
“當時行業的關注度比較小，除了計算分子生物學以外，也做了不少行業上下游的工作，包括系統生物學及疾病基因組學。從現在的角度來看，疾病治療和藥物研發是一整套流程，這些經歷會讓我對整個流程的了解更深刻。”
2020年，在AlphaFold 2取得震驚世人的蛋白質結構預測成績之后，彭健教授正式收到組建不久的清華大學智能產業研究院（AIR）的邀請。
2021年初，與清華大學智能產業研究院（AIR）院長張亞勤、首席科學家馬維英的溝通后，彭健決定加入AIR。
2021年7月，彭健從伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校(UIUC)回到國內開展生物計算和人工智能方向研究。
也是從這個時候，彭健教授完成了一次身份的轉變，成立了自己的人工智能科學計算公司——華深智藥，新冠AI抗體正是該公司的第一個研發項目。
2021年10月，華深智藥正式完成了千萬美元級天使輪融資，投資機構包括襄禾資本、高瓴創投和清智資本。
由AlphaFold 2引起的AI制藥浪潮，正在吸引互聯網巨頭、創業者和頂級投資機構不斷加碼，一個新的創業風口已然形成。
此次彭健教授研發的新冠抗體成果，或許正是AI在生物科學，大分子預測發展過程的一次新的“里程碑”。
在他看來，這是一個“創造增量”而不是“競爭存量”的行業——人類疾病的種類太多，不同腫瘤有很多亞型，每一種亞型背后都是上萬，甚至幾十萬病人的切身需求。這個行業不是競爭同一塊蛋糕，而是一起從零創造出市場。
而未來的創業故事也更加充滿融合、合作的意味：“不同AI制藥公司可以研發出自己的管線，騰訊或華為等大企業去解決算力和技術需求，未來幾年，將會有更多解決更多像抗體藥等等無法解決的疾病和問題。”
據最新消息，彭健教授正在組織研究針對新冠病毒最新變異毒株Omicron的抗體設計，相信會很快取得成果。
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