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CPHI制藥在線 資訊 David Baker:AI蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)的快速發(fā)展,生物安全不容忽視

David Baker:AI蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)的快速發(fā)展,生物安全不容忽視

來源:生物世界
  2024-12-25
2024年10月9日,蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)先驅(qū) David Baker 教授與AlphaFold開發(fā)者 Demis Hassabis、John Jumpe 共同獲得了2024年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

       2024年10月9日,蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)先驅(qū) David Baker 教授與AlphaFold開發(fā)者 Demis Hassabis、John Jumpe 共同獲得了2024年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

       在此之前,David Baker 教授和哈佛大學(xué)遺傳學(xué)家 George Church 教授在 Science 期刊發(fā)表了題為:Protein design meets biosecurity 的文章,介紹了對于AI蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)領(lǐng)域快速發(fā)展帶來的生物安全問題的思考和建議。

Protein design meets biosecurity

       隨著人工智能(AI)方法的引入,計(jì)算蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)的能力和準(zhǔn)確性迅速提高。這有望改變生物技術(shù),促進(jìn)可持續(xù)性和醫(yī)學(xué)的進(jìn)步。

       DNA合成在設(shè)計(jì)蛋白的實(shí)體化過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。然而,與所有重大的革命性變化一樣,這項(xiàng)技術(shù)很容易被濫用以及用于生產(chǎn)危險(xiǎn)的生物制劑。為了在充分獲益的同時(shí)降低可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn),所有合成基因序列和合成數(shù)據(jù)應(yīng)收集和存儲(chǔ)于僅在緊急情況下查詢的存儲(chǔ)庫中,以確保蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)以安全、可靠和可信的方式進(jìn)行。

       自然界的蛋白質(zhì)優(yōu)雅地解決了在緩慢進(jìn)化過程中面臨的挑戰(zhàn),但今天的問題(例如全球病原體、神經(jīng)退行性疾病和生態(tài)系統(tǒng)退化)需要新的解決方案。

       人工智能(AI)加速的蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)可以幫助解決其中許多問題?;跈C(jī)器學(xué)習(xí)的方法可以快速創(chuàng)建具有不同結(jié)構(gòu)和功能的生物分子,這些分子通常與任何已知蛋白質(zhì)都沒有可檢測到的序列同源性。與此同時(shí),DNA合成成本、質(zhì)量和速度的指數(shù)級提高,簡化了將這些設(shè)計(jì)的蛋白質(zhì)編碼為合成基因的過程。

       2023年,第一個(gè)通過計(jì)算蛋白設(shè)計(jì)開發(fā)的藥物——新型冠狀病毒肺炎疫苗SKYCovione在韓國和英國獲得批準(zhǔn)上市。如今,更多這樣的創(chuàng)新是可能的——而且是在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)。而問題在于,監(jiān)管人工智能(AI)的道路可能是漫長而復(fù)雜的。計(jì)算蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)的進(jìn)展可能會(huì)受到過于嚴(yán)格的AI規(guī)定的阻礙。好消息是,用于蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)的AI工具具有高度的專業(yè)性,因此風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避應(yīng)該更加直接明了。

       在2023年人工智能安全峰會(huì)之前,在華盛頓西雅圖召開的一次會(huì)議召集了來自學(xué)術(shù)界、工業(yè)界、慈善機(jī)構(gòu)和政府機(jī)構(gòu)的國際代表,討論了AI支持的蛋白質(zhì)設(shè)計(jì),特別是新冠大流行防范和藥物開發(fā)。合成DNA的制備被認(rèn)為是一個(gè)關(guān)鍵的生物安全控制點(diǎn)。會(huì)議提出的建議包括篩查和記錄所有合成的基因序列的政策。這將對制造有害生物分子(無論是偶然的還是有意的)構(gòu)成實(shí)際障礙。

       自2004年以來,由國際基因合成聯(lián)盟(IGSC)成員提出并自愿采用的DNA合成調(diào)控已在學(xué)術(shù)界和生物技術(shù)和制藥行業(yè)廣泛實(shí)踐。目前,IGSC對學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、私營機(jī)構(gòu)和政府機(jī)構(gòu)提出的DNA序列要求進(jìn)行篩選,以確定其與共識列表上的病原體成分的同源性。

       展望未來,這些檢查可以與合成本身聯(lián)系在一起——不管是化學(xué)合成還是酶法合成——這樣每一臺(tái)合成儀都需要對每一個(gè)新的基因序列進(jìn)行密碼式的短時(shí)間精確匹配搜索。僅僅篩選序列可能是不夠的,因?yàn)橥ㄟ^從頭設(shè)計(jì)生成的蛋白質(zhì)可能與任何天然蛋白質(zhì)的序列相似性很少或根本沒有,這使同源性檢測變得復(fù)雜。因此,需要記錄合成序列,必要時(shí)使用加密來保護(hù)商業(yè)秘密。

       如果一種新的生物威脅在世界上任何地方出現(xiàn),相關(guān)的DNA序列可以追溯到它們的起源。“選擇性披露”政策可確保此類查詢只在特殊情況下根據(jù)預(yù)先確立的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。由于生物的復(fù)雜性使得一次嘗試創(chuàng)造出一種危險(xiǎn)物質(zhì)的可能性非常小,因此這種追蹤新生威脅的起源的能力應(yīng)該是有效的。除了提供審察追蹤,認(rèn)識到所有合成序列都會(huì)被記錄可能會(huì)阻止不良行為者。篩選和記錄操作應(yīng)該標(biāo)準(zhǔn)化,在國際范圍內(nèi)實(shí)施,并擴(kuò)展到臺(tái)式核酸合成儀。

       這種蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)安全策略依賴于所有相關(guān)團(tuán)隊(duì)的輸入,以支持所需的基礎(chǔ)設(shè)施,并定義人員、制度和治理需求。理想情況下,像IGSC這樣的國際組織應(yīng)該帶頭,但應(yīng)該與政府和非政府組織合作。加強(qiáng)的安全并不會(huì)威脅到信息共享或交流;科學(xué)資助方、出版商和決策者應(yīng)勸阻以生物安全為借口不分享新方法和進(jìn)展。相反,這個(gè)快速發(fā)展領(lǐng)域的安全應(yīng)該被框定為最大限度地進(jìn)步,以解決緊迫的社會(huì)關(guān)切。

       原文鏈接:https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.ado1671

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