我们现在如果对比这种传统的比如像AAV这块,比如说用 AI 来做解决了什么样的问题,这两者对比的一个情况。

AI新药开发AI技术
王波 2022-12-08
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韩蓝青
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我们这个用AI,它其中解决的一个问题是提高效率,提高找药的效率。那么基因治疗这个分病毒载体和非病毒载体,那么在病毒载体里面,这个腺相关病毒目前是最热门的,腺相关病毒它是可以作为一个非常好的送工具,但是大家在开发AAV腺相关病毒这个药物的时候,一个很大的问题就是AAV病毒的包装效率还有它的靶向性的问题。那么这个AAV衣壳蛋白它是一个递送工具,它是一个正二十面体的病毒,那么可以把你的想要递送的遗传物质 DNA 能够递送到你想把它送到的目的地,那你怎么去设计、筛选一个好的AAV,那么实际上这个衣壳蛋白在这里面是非常重要的,因为它这个衣壳蛋白它上面的这些结构是决定了它是不是能够和某一些特定的细胞、特定组织细胞的表面的载体、表面的这个受体能够结合以后能够进入到细胞内部。所以它传统的设计方法,这个有理性设计,非常有经验的人通过它的这个经验来进行一些改造。那么还有一种就是定向进化,这个定向进化实际上它就是在实验室里面模拟一个进化论的过程,那么我给它造成了一个非常多的突变体,那么我看这些不同的突变体在一定的进化压力下,使它能够筛选出一些你想要的一些特性,那么定向进化这个是在 2017 年,也是得了诺贝尔奖 Frances H.Arnold女科学家,她这个定向进化得诺贝尔奖,那么当然她当时的工作是这个主要是在去筛选工业煤这方面。但是就是同理,这个AAV的定向进化也是这个大家普遍在用的,一直到现在这个业内大家都在用这个方法。
 
好比说你看这个新冠病毒,新冠病毒像在印度这样一个人非常嘈杂,什么样的人都有,大家也不戴口罩,互相传染,在这样一个非常复杂的环境里面,这个病毒不断地进化。突然一下冒出来一个 delta 病毒一下子传染到全世界,这个后来南非又出了一个更厉害的病毒。那么这个病毒它实际上是在一个自然环境里面进化,那我们定向进化就是模拟这个进化的过程,而且要去加速这个过程,那 AI 在这里面起什么作用呢?就是这个过程实际上它还是太漫长了。你比如说我们做这个 AAV 的这个筛选的时候,那我们会去把它的一些高突变区去做成一个突变库,也说我把在这做个突变,那做个突变,把各种可能性的这种组合做成一个 library ,做成一个库,然后我在这里面去筛哪一些突变体是我想要的。
 
你比如是这个AAV上面有一个叫做三倍轴的一个地方有 28 个氨基酸,大家都去做这个 28 个氨基酸的突变。但是你想想每一个氨基酸有 20 种可能性,28个氨基酸就是 20 的 28 次方,就是 10 的 30 几次方,这是个天门数字,所以说你要是想去做一个饱和突变的话,你做这样的一个库是做不出来,那怎么办呢?我们能做出来的库大概可以做到 10 的 8 次方,甚至是做到 10 的 9 次方。那么我们就用一个合成的,用合成生物学、用合成的这种突变库来去做实验。达到大量的数据以后去训练我们的电脑神经网络这种模型,让它对于一个10的三十几次方的这么一个可能性空间形成一种认识,然后基于这种认识,我们再去在这里面去寻找一些局部的最优,那这些局部的最优很可能就是你想要的了,比如说我想要靶向这个神经,我不想让AAV去到肝脏,我希望它能够去到神经系统,那么我希望它的这个包装效率要高,我希望它的免疫原性要低,像这样的情况我们可以用 AI 来大大提高效率。那我们在实验室里面,我们把 AI 合成生物学,还有这个湿试验能够结合起来,用这个数据来训练神经网络以后,我们可以做非常高效率的AAV的预测和设计,这个工作已经有非常好的阶段性成果。

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