在生物計算領(lǐng)域素有“奧運會(huì )”之稱(chēng)的2022年CASP賽事塵埃落定。今年，有中國團隊在全球共計162個(gè)參賽隊伍中拔得頭籌！

近日，第15屆國際蛋白質(zhì)結構預測競賽(CASP15)正式宣布，智峪生科旗下AICHEMY-RNA2團隊在RNA結構預測項目上斬獲總排名第一名的成績(jì)。另?yè)私猓?/span>智峪生科另一只參賽團隊AICHEMY-LIG也在蛋白質(zhì)-小分子復合體預測項目取得了第二名的成績(jì)，兩只團隊均參加了CASP15研討會(huì )并做主題報告的邀請。

CASP15大賽官方排名：AICHEMY-RNA2團隊數據最優(yōu)

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實(shí)際上，RNA結構預測正是今年CASP大賽中最受關(guān)注的領(lǐng)域之一，該方向的突破會(huì )極大幫助到RNA相關(guān)的療法和合成生物學(xué)調控元件的設計。而蛋白質(zhì)-小分子復合體預測也是首次在賽事中出現，該方向的進(jìn)步將極大促進(jìn)藥物設計和酶設計的項目落地。

智峪生科在兩大熱門(mén)項目中的優(yōu)異表現，也昭示著(zhù)在生物科技領(lǐng)域，中國技術(shù)已然站上臺前，也為后續國內探索AI生物計算與合成生物學(xué)邊界謀得了先發(fā)位置。

據悉，培育出奪冠團隊的智峪生科成立于2021年，匯聚了國內外知名學(xué)府及工業(yè)界的一線(xiàn)團隊，致力于通過(guò)人工智能技術(shù)預測和設計蛋白、核酸等生物元件，為藥物研發(fā)和合成生物學(xué)帶來(lái)革命性突破。

在智峪生科首席執行官王晟博士看來(lái)，生物信息技術(shù)領(lǐng)域方興未艾，基于A(yíng)I預測的蛋白質(zhì)和RNA結構，讓人類(lèi)掌握了打開(kāi)生物秘密大門(mén)的鑰匙。通過(guò)基于已知數據挖掘未知領(lǐng)域、通過(guò)設計工具從無(wú)到有創(chuàng )造，相關(guān)預測結果更可以進(jìn)一步應用于輔助藥物研發(fā)或是合成生物學(xué)，推動(dòng)醫療健康、農業(yè)、食品、消費、化工等行業(yè)發(fā)展，同時(shí)助力中國生物科技力量站上國際競技舞臺。

從東半球第一到全球第一

此次智峪生科奪冠的CASP競賽最早始于1994年，如今已成為評估預測技術(shù)的“金標準”。兩年一屆的CASP競賽，其激烈程度無(wú)異于“奧運會(huì )”，而取得最佳成績(jì)的團隊也可類(lèi)比為行業(yè)中的“奧運冠軍”。

上一屆的CASP競賽上，橫空出世的人工智能——AlphaFold2一舉奪冠，解決了困擾眾多科研人員半個(gè)世紀的蛋白質(zhì)結構預測難題。在此之前，鑒于生命科學(xué)以實(shí)驗為基礎的特性，理論預測的模型并不能等同于觀(guān)測到的實(shí)驗數據，蛋白質(zhì)結構主要通過(guò)X-射線(xiàn)衍射、冷凍電鏡等實(shí)驗技術(shù)解析。

AlphaFold2則打破了這一“陳規”。

“AlphaFold2實(shí)現的高精度預測結構與實(shí)驗誤差接近，實(shí)驗人員可以先參考模型預測的結果，再對實(shí)驗數據進(jìn)行處理。直接改變了結構生物學(xué)的實(shí)驗流程與實(shí)驗結果。對生物計算整個(gè)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域而言，其影響更是不亞于原子彈爆炸成功?！庇袠I(yè)內人士分析稱(chēng)。

據其介紹，在A(yíng)lphaFold2宣布開(kāi)源后，蛋白質(zhì)結構預測問(wèn)題已經(jīng)基本得到解決，RNA結構預測成為新的重心，過(guò)去蛋白質(zhì)結構預測的老牌玩家也都紛紛加入到RNA結構預測的領(lǐng)域之中。這也讓本屆CASP競賽中，RNA結構預測獎項充滿(mǎn)含金量。而這一最具含金量的“桂冠”，如今被智峪生科這支來(lái)自中國的團隊斬獲。

具體而言，針對PDB數據庫中RNA結構數量過(guò)少的問(wèn)題，智峪生科基于A(yíng)I的AICHEMY-RNA方法（又稱(chēng)為RhoFold）借助了（i）純粹基于序列信息的RNA-FM基礎模型、（ii）基于多序列聯(lián)配的RhoFormer語(yǔ)言模型、以及（iii）考慮了專(zhuān)家經(jīng)驗與真實(shí)二級結構約束的損失函數，進(jìn)行了端對端的模型訓練，并在多個(gè)RNA結構的預測上取得了優(yōu)異的成績(jì)。

而對于更難的人造RNA以及從未出現在PDB數據庫中的天然RNA結構，智峪生科基于力場(chǎng)的AICHEMY-RNA2方法（又稱(chēng)為BriQ）創(chuàng )新性的采用了（i）堿基對概率密度拆解、（ii）化學(xué)基團的電子云表示、以及（iii）高效的Monte Carlo采樣，取得了非常出色的預測結果。

小分子預測賽道，同樣也是眾多醫藥公司長(cháng)期關(guān)注的重要方向，對小分子藥物設計的精度和質(zhì)量會(huì )帶來(lái)立竿見(jiàn)影的效果。例如本次小分子比賽的評估方就是AI藥物設計領(lǐng)域的知名公司Relay Therapeutics。同時(shí)，高精度小分子結合預測，也可以為未知功能酶元件的發(fā)現和高精度的理性酶設計提供堅實(shí)計算基礎，賦能合成生物學(xué)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。智峪生科核心小分子算法在內部和外部項目中均已實(shí)現了廣泛應用。

 實(shí)際上，在此次奪冠之前，智峪生科核心算法團隊也曾在王晟博士帶領(lǐng)下，以tFold系列算法在上一屆比賽CASP14上和AlphaFold2算法同臺競技，斬獲了蛋白接觸圖預測這一細分項目的第一名。而在分量最重，也最受關(guān)注的3D結構預測比賽中，王晟博士帶領(lǐng)的tFold團隊在沒(méi)有使用大量的基礎序列數據庫的情況下，僅以微弱劣勢獲得組別第四，也成為除歐美地區外，整個(gè)東半球排名第一的隊伍。

從東半球第一到全球第一，智峪生科一家企業(yè)的進(jìn)步，也折射出中國生物科技力量的崛起。

據介紹，基于在A(yíng)I計算及蛋白質(zhì)、RNA結構預測領(lǐng)域和蛋白質(zhì)-小分子復合體預測以及生物大分子模擬方向積累的經(jīng)驗，目前智峪生科已正式推出了高通量、高精度、全生態(tài)、全流程生物計算平臺——“峪云ZCloud”，以解決大分子結構計算、分子模擬、藥物設計、酶工程、大分子設計（包括蛋白、核酸、以及其復合物）等領(lǐng)域內計算問(wèn)題。

在“峪云ZCloud”平臺的加持下，生物醫藥企業(yè)可以提前完成新藥研發(fā)前的大分子相關(guān)研究工作，后續只用參照計算結果，即可順暢完成藥物發(fā)現的工作。智峪生科也可以通過(guò)平臺中的模塊進(jìn)行蛋白、核酸等生物元件的挖掘和設計，從而拓展生物合成的應用邊界，大步邁向“萬(wàn)物皆可合成”的愿景。

ZCloud全生態(tài)平臺

按照智峪生科的設想，僅從RNA結構預測出發(fā)，研究者就可以發(fā)掘嶄新的用藥靶點(diǎn)、揭示由RNA突變帶來(lái)的疾病成因?！懊恳稽c(diǎn)突破，都有可能對現行的疾病治療方案帶來(lái)顛覆?！蓖蹶刹┦恐赋?。

AI技術(shù)賦能中國生物科技未來(lái)

實(shí)際上，上述方向僅僅揭開(kāi)了蛋白質(zhì)/RNA結構預測/蛋白質(zhì)-小分子復合體預測后續應用的“冰山一角”。

“我相信生物計算在整個(gè)生命科學(xué)產(chǎn)業(yè)中一定會(huì )大有所為。我們希望另辟蹊徑，探索AI或者生物計算方法在合成生物學(xué)領(lǐng)域的潛力?！蓖蹶刹┦勘硎?。

所謂合成生物學(xué)，多采用工程學(xué)“自下而上”的理念，從系統表征自然界具有催化調控等功能的生物大分子，使其成為標準化“元件”，進(jìn)而創(chuàng )建“模塊”、“線(xiàn)路”等全新生物部件與細胞“底盤(pán)”，最終構建出具備各類(lèi)用途的人造生命系統。

這也就決定了合成生物學(xué)需要依賴(lài)各類(lèi)底層元件，比如催化元件、調控元件、感應元件和結構元件等。但當前，研究領(lǐng)域內可用元件十分匱乏，直接限制了合成生物學(xué)的想象空間。

不同于過(guò)去利用有限的過(guò)往研究出來(lái)的已知元件去進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)，在包括蛋白質(zhì)結構預測、RNA結構預測、蛋白質(zhì)-小分子復合體結構預測在內的AI技術(shù)加持下，智峪生科技術(shù)團隊可以從千萬(wàn)甚至數億的宏基因組中實(shí)現高精度的功能標注，進(jìn)行新的功能元件挖掘；通過(guò)關(guān)鍵元件改造和設計，實(shí)現從無(wú)到有的元件設計技術(shù)拓展出近乎無(wú)限的元件庫，極大地拓展合成生物學(xué)的選品范圍，根本性地解決選品難的問(wèn)題，為該領(lǐng)域發(fā)展帶來(lái)顛覆性的影響?！熬拖裼梅e木搭建房子，如果我們有一千塊積木，那么搭建出來(lái)的房子樣式、質(zhì)量、方法、速度上會(huì )比只有十塊積木更好?！蓖蹶刹┦勘硎?。

與此同時(shí)，智峪生科還建立了顛覆性的基于A(yíng)I的生物合成“計算設計-實(shí)驗驗證-計算再優(yōu)化（DBTL）”循環(huán)，在解決選品難問(wèn)題的同時(shí)，通過(guò)智能化和自動(dòng)化的干濕實(shí)驗結合，指數性地提升數據產(chǎn)生和算法迭代的速度，達到極致的降本增效，從而形成絕對的競爭優(yōu)勢。

本次CASP15競賽中，智峪生科AI技術(shù)實(shí)力就有所體現。若僅考慮基于A(yíng)I的方法的表現，公司旗下AICHEMY-RNA團隊和AICHEMY-LIG團隊表現均為全球最優(yōu)。

另外，基于在CASP競賽上RNA結構預測奪冠的實(shí)力，智峪生科還可以進(jìn)一步設計RNA三維結構實(shí)現密碼子（codon）優(yōu)化，進(jìn)而提高蛋白質(zhì)異源表達量，促進(jìn)合成生物學(xué)進(jìn)展。同時(shí)在合成生物學(xué)創(chuàng )建的細胞工廠(chǎng)中，清晰描繪蛋白質(zhì)與RNA之間的調控網(wǎng)絡(luò )，設計或挖掘出全新的RNA調控元件，提升整個(gè)細胞工廠(chǎng)的可操控性。

“從我們的角度來(lái)看，人工智能和合成生物學(xué)其實(shí)存在共同點(diǎn)，兩者都能實(shí)現對已知事物的降本增效和對未知事物邊界的不斷探索。智峪生科也是全球范圍內，少有的將 AI 和合成生物學(xué)進(jìn)行深度融合的公司。相信在未來(lái)，智峪生科可以通過(guò)AI技術(shù)進(jìn)一步賦能合成生物學(xué)領(lǐng)域，并以此改善醫學(xué)、能源、環(huán)境、消費等相關(guān)領(lǐng)域，為生物科技帶來(lái)一場(chǎng)看得見(jiàn)的革命，也為中國生物科技事業(yè)成長(cháng)貢獻力量?！蓖蹶刹┦勘硎?。