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高效設(shè)計人工智能技術(shù)輔助蛋白, 普言生物蛋白功能提高了10倍以上

近日,高效功廣東普言生物科技有限公司(以下簡稱“普言生物”)榮獲第九屆“創(chuàng)客中國”廣東省中小企業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽和第八屆“創(chuàng)客廣東”大賽生物醫(yī)學(xué)與健康專項決賽銅獎;8月13日,設(shè)計生物普言生物還獲得第十三屆中國創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽(廣東中山賽區(qū))和第八屆中山科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽決賽三等獎。人工兩次比賽都位于成長組。技術(shù)普言生物作為一家成立不到兩年的輔助年輕生物技術(shù)公司,與多家成立多年的蛋白蛋白企業(yè)競爭并獲獎,是提高普言生物階段性發(fā)展的認可。
“普言生物學(xué)是倍上一家專注于合成生物技術(shù)創(chuàng)新和工業(yè)化、功能蛋白開發(fā)和重組的高效功科技公司。在不到2年的設(shè)計生物時間里,我們完成了10多種功能蛋白的人工研發(fā)和大規(guī)模生產(chǎn),并建立了試驗平臺和生物工廠。技術(shù)我們的輔助高效研發(fā)能力和綠色低消耗生產(chǎn)線可以為客戶提供增值服務(wù)。普言生物首席執(zhí)行官說。蛋白蛋白據(jù)報道,提高普言生物成功建立了基于重組功能蛋白矩陣的研發(fā)和生物制造平臺,開發(fā)了覆蓋多重組的人源化膠原蛋白(I、III、IV、VII、XVII型)、纖維蛋白、彈性蛋白、血清蛋白、金屬硫蛋白、絲聚蛋白等10多種高性能功能蛋白?!叭斯ぶ悄?AI)隨著技術(shù)的不斷投入和應(yīng)用,我們在蛋白質(zhì)設(shè)計和功效方面獲得了更多的優(yōu)勢。普言生物首席執(zhí)行官說。
蛋白質(zhì)是生命的基礎(chǔ),通常由50多種氨基酸組成,平均排列200-400種氨基酸,并折疊成具有特定功能和活性的結(jié)構(gòu)。以100個氨基酸組成的蛋白質(zhì)為例,其組合可能性為10個130次(10^130),遠遠超過宇宙粒子總數(shù)(10個80次(10^80))。更重要的是,基于特定序列的蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的計算預(yù)測更加復(fù)雜。過去,傳統(tǒng)蛋白質(zhì)序列的截取和設(shè)計嚴重依賴于人工篩選,過程效率極低。近年來,人工智能(AI)技術(shù)的發(fā)展賦予了蛋白質(zhì)設(shè)計更廣泛的應(yīng)用潛力。這些模型深入研究現(xiàn)有的蛋白質(zhì)序列,并通過算法不斷優(yōu)化和迭代數(shù)據(jù)和模型,挖掘和生成具有特定功能和活性的序列及其與細胞系統(tǒng)的潛在互動關(guān)系,大大提高了蛋白質(zhì)設(shè)計的效率和工業(yè)化能力。
“基于人工智能和蛋白質(zhì)的特點,我們從幾個方面實現(xiàn)了人工智能的蛋白質(zhì)設(shè)計和應(yīng)用。首先,從主要數(shù)據(jù)中心收集、總結(jié)和分類,構(gòu)建蛋白質(zhì)序列、結(jié)構(gòu)、功能、互作網(wǎng)絡(luò)等數(shù)據(jù)庫,以及各種特定蛋白質(zhì)(如膠原蛋白)的數(shù)據(jù)庫。我們建立的大規(guī)模、精細化、高精度、高覆蓋的數(shù)據(jù)庫為人工智能模型的高效、高質(zhì)量的預(yù)訓(xùn)練提供了關(guān)鍵基礎(chǔ)。第二,我們根據(jù)開發(fā)需要構(gòu)建了兩個基本的人工智能模型:基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)的多模態(tài)(multimodal)、多軌(multitrack)深度學(xué)習(xí)模型能有效理解蛋白序列、物理化學(xué)特征與功能之間的高維內(nèi)在關(guān)系,實現(xiàn)對特定蛋白質(zhì)每天超過1億級序列的超精確計算分析;此外,基于transformer的大規(guī)模語言模型采用10^10級超參數(shù)和10^8級訓(xùn)練步驟,引入對抗網(wǎng)絡(luò),提高其生成效率和準確性,實現(xiàn)100億級蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)的計算分析。第三,我們采用更適合生物學(xué)的指標,如精度、召回率、F1分數(shù)、精度、Matthews相關(guān)系數(shù)(MCC)等,提高人工智能模型訓(xùn)練的有效性、高效性和準確性,實現(xiàn)較低的計算能力,獲得較高的計算能力。第四,基于我們建立的合成生物技術(shù)平臺,實現(xiàn)人工智能與合成生物技術(shù)的整合,可以快速合成、高通量篩選和評價計算預(yù)測的蛋白質(zhì),形成具有精細注釋的物理數(shù)據(jù),實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫和模型訓(xùn)練的更新迭代,使人工智能模型具有較強的自我進化能力,從而獲得高活性、高表達和高穩(wěn)定性的功能蛋白。第四,基于我們建立的合成生物技術(shù)平臺,實現(xiàn)人工智能與合成生物技術(shù)的整合,可以快速合成、高通量篩選和評價計算預(yù)測的蛋白質(zhì),形成具有精細注釋的物理數(shù)據(jù),實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫和模型培訓(xùn)的更新迭代,使人工智能模型具有較強的自我進化能力,從而獲得高活性、高表達和高穩(wěn)定性的功能蛋白?!逼諑r生物學(xué)首席執(zhí)行官說。
“目前,超過99%的模型預(yù)測蛋白質(zhì)具有活性,超過一半的蛋白質(zhì)具有不同的屬性,如表達量、活性和穩(wěn)定性。這極大地加速了我們高質(zhì)量蛋白質(zhì)產(chǎn)品的研發(fā),保持了我們產(chǎn)品的創(chuàng)新和安全低消耗。以重組人源化膠原蛋白為例,我們通過大規(guī)模語言模型篩選出100億級序列,生成的序列通過實驗驗證其蛋白質(zhì)功能 與傳統(tǒng)膠原蛋白重組相比,673%的功能增加了10倍以上。普言生物CEO進一步補充道。

圖:。數(shù)據(jù)與深度學(xué)習(xí)。輔助。蛋白質(zhì)。高效設(shè)計。
普言生物將繼續(xù)致力于人工智能(AI)技術(shù)在合成生物領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展,促進算法模型與工程的進一步整合,探索更多蛋白質(zhì)設(shè)計的可能性和應(yīng)用場景,滿足更廣泛的個性化產(chǎn)業(yè)應(yīng)用需求,為合成生物產(chǎn)業(yè)挖掘新的價值點。
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