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如同 AI 的迭代速度一样,仿佛一夜之间 AI 的触角已深入到基础科学的各个角落。被 AI 颠覆的不仅仅只是结构生物学,它在基因组学、蛋白质组学等领域都大有用武之地。
很多声音认为 AI 出现后会令结构生物学失业,对此,来自清华大学施一公教授团队、北京生物结构前沿研究中心袁亚飞副研究员在接受采访时表示:"AI 其实更好地促进了结构生物学的发展,是科研工作的利器。"
袁亚飞曾师从颜宁教授攻读博士学位,见证了结构生物学快速发展并亲历了 Alphafold 等 AI 浪潮下结构生物学的变革之路。目前,他主要研究重要疾病相关膜蛋白的结构及 AI 靶向药物研发。以下为近期我们在冷泉港亚洲会议上对袁亚飞副研究员的访谈(含访谈视频和访谈文字版)。
采访、撰文 | 叶水送
问:AI 是否正在颠覆结构生物学?
袁亚飞:现在大家其实都知道,人工智能对我们帮助非常大。尤其是在我们结构生物学领域。2024 年的诺贝尔化学奖授予了大卫 · 贝克(David Baker)和 Alphafold 的研发者( John Jumper 和 Demis Hassabis),所以在我们的结构生物学研究中 AI 其实已全面地铺开。
我的研究方向是转运蛋白,现在把 AI 深入接入到我们的研究中来,比如我现在主要是针对转运蛋白,用 AI 开发多肽药物设计。
2024 年诺贝尔化学奖三位得主 | 图源:nobelprize.org
像之前说的 2024 年诺贝尔化学奖,Alphafold3 主要是预测蛋白结构。我们现在开始向 David Baker 学习,一起来开创不同种类、类型的多肽药物设计。
我觉得 AI 已从原来的只是一个实验室的产物,到现在普及到所有的基础研究,然后再普及到我们的日常生活中来,所以我们觉得 AI 对我们的未来所有研究方向,都可以有一个革命性的、变革性的发展。
袁亚飞丨图源:清华大学
问:结构生物学家是怎么看待 AI,以及如何利用 AI 工具的?
袁亚飞:我们日常使用的话,比如像 Alphafold3,它可以预测整个蛋白结构,甚至还有一些蛋白复合物的结构,但这其实是一个专有工具。像常见的大家可能听过的,比如说 ChatGPT,或者咱们中国的 DeepSeek,它们是一个大语言模型,可以说是一种通用的模型,每个人都可以使用。
Alphafold 界面丨图源 :deepmind
但是这些模型在我们专业领域来说,我觉得它的作用有限。因为我们很多都要处理一些专业数据,所以需要开发一种专用的模型,像现在一些蛋白质结构的设计,比如像 David Baker 他们组开发的 RFdiffusion,或者我们自己也在开发一些专业的 AI 工具。所以在我们的科研使用中,以专用模型为主,也会使用一些比如说大家常用的通用 AI 工具。
问:Alphafold 出来之后,结构生物学会不会失业?
袁亚飞:AI 出来之后,结构生物学会不会失业,其实这完全是大家对我们专业领域的误解。因为大家可能知道,结构生物学之前从 X-Ray 晶体衍射,然后到现在的冷冻电镜技术。在之前的技术其实需要大量的人力,还有需要一些专门的仪器来配合,所以解一个结构是非常困难的事情。
但现在 Alphafold 出来之后,使得预测单个蛋白的结构变得相对容易,但它只能预测一个单个蛋白的单个构象,毕竟蛋白是一个动态的构象。我们在使用 Alphafold 预测的时候,它其实没办法预测一个完整的动态过程。
比如像我做的转运蛋白,它其实是一种交替开放的构象。我们在使用 AI 预测的过程中,它只能预测一个向外开放的构象或者一个向内开放的构象,或者是一个关闭构象。我们在真正的药物设计过程中,药物和引物的结合其实是多个构象的状态,不是只有一种状态。
所以我们觉得 AI 对结构生物学的颠覆,其实也更好地促进了结构生物学的发展。比如像我们现在的 AI 设计,就使用了专用工具,可以更好地预测出多种的多肽药物,结合在蛋白的不同部位,从而产生不同的效果。所以我们结构生物学家通常会说,AI 其实是对结构生物学革命性的颠覆,而不是令结构生物学家失业。
冷冻电镜设备 | 图源:清华大学
问:近年来,国内学者在顶尖学术期刊上发表了诸多重要的结构生物学成果,您认为中国在该领域快速崛起的核心驱动力是什么?是高端设备普及、人才储备还是科研机制创新?
袁亚飞:我觉得结构生物学最重要的肯定是人才。因为不管是在哪个国家,人永远是最重要的。以中国的结构生物学为例,最早的发展始于施一公老师 2007 年回国之后,在清华大学的布局,当时引进了中国第一台高端冷冻电镜,从而开启了中国在结构生物学领域飞速突破的一个时代。
在清华大学,我们现在已经有四台高端冷冻电镜,而整个中国,据我目前知道的消息,应该是有将近 100 多台高端电镜。从硬件上来说,我觉得冷冻电镜在中国逐渐地变成像基础设施,但是在这些使用基础设施过程中,需要更多的人去操控这些设备,所以我觉得人才是最重要的一环。
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