2023年7月，首屆國際基礎科學大會在北京隆重召開。知名計算生物學家、分子之心創(chuàng)始人、清華大學智能產(chǎn)業(yè)研究院（AIR）卓越訪問教授許錦波榮獲大會前沿科學獎。
首屆國際基礎科學大會由國際著名數(shù)學家丘成桐先生倡議發(fā)起，大會針對過去五年全球數(shù)學、物理、計算機與信息科學三大基礎科學領域發(fā)表的論文，由諾貝爾獎、菲爾茨獎、圖靈獎等國際大獎得主與世界各地的科學院院士共160多位評委共同評選出最具價值的研究成果，授予前沿科學獎。
許錦波教授作為《深度學習驅動的基于距離的蛋白質(zhì)折疊》的唯一作者而獲得此項大獎。這項研究在全球范圍內(nèi)首次將AI應用至蛋白質(zhì)氨基酸（原子）之間的距離預測，進一步提升了蛋白質(zhì)三維結構預測的精度，且讓科學家僅需使用筆記本電腦就能完成這項工作。該成果2019年發(fā)表于美國國家科學院院刊（PNAS），對AI蛋白質(zhì)結構預測領域影響深刻，被廣泛應用于AI蛋白質(zhì)建模、優(yōu)化與設計中。
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當前，生物經(jīng)濟正成為新經(jīng)濟增長點，作為其底層基礎的蛋白質(zhì)相關研究，也在AI的加持下提速爆發(fā)。解釋蛋白質(zhì)的三維結構進而理解其功能，是理解生命機制的重要一步，也是藥物設計、合成生物學產(chǎn)品研發(fā)的重要基礎。但這一問題非常具有挑戰(zhàn)性，在過去近60年中，科學家們持續(xù)研究但進展緩慢。2016年，許錦波教授將AI方法引入蛋白質(zhì)結構預測中，一舉實現(xiàn)了預測準確度的跨越式提升，為此后AlphaFold等方法的出現(xiàn)及蛋白質(zhì)相關研究奠定了關鍵基礎。許錦波教授也因此被業(yè)界譽為“全球AI蛋白質(zhì)折疊奠基人”。2019年，許錦波教授將研究范圍擴展至AI蛋白質(zhì)優(yōu)化與從頭設計，并將預訓練機制引入其中，進一步探索AI蛋白質(zhì)技術的產(chǎn)業(yè)應用路徑。
近期，許錦波團隊在AI蛋白質(zhì)結構設計領域進展頻頻。今年6月，發(fā)布了全球首創(chuàng)的可同時進行蛋白質(zhì)側鏈預測和序列設計的AI算法《An end-to-end deep learning method for protein side-chain packing and inverse folding》，在精度、速度上取得大幅提升，并十分易用，這有利于它在工業(yè)領域被廣泛應用。同期，許錦波教授在國際權威學術期刊《科學》上發(fā)表了與基因測序巨頭Illumina 的聯(lián)合研究成果《The landscape of tolerated genetic variation in humans and primates》,用AI蛋白技術分析靈長類動物基因組的變異機制，為個性化基因醫(yī)學的發(fā)展夯實理論基礎。
在7月召開的2023世界人工智能大會（WAIC）上，許錦波領銜的分子之心團隊發(fā)布了業(yè)界首個AI蛋白質(zhì)生成大模型“NewOrigin”（中文名“達爾文”）， 瞄準創(chuàng)新藥設計、合成生物學等領域真實產(chǎn)業(yè)應用需求，用一個模型滿足蛋白質(zhì)生成全流程需求，讓未來的大分子藥、新生物材料等蛋白質(zhì)設計實現(xiàn)“一鍵定制”。
許錦波教授認為，相對于通用領域，大模型的價值或將在垂類領域先行爆發(fā)，尤其是蛋白質(zhì)生成。蛋白質(zhì)作為生命的語言，其氨基酸序列與自然語言類似，天然適用大語言模型，大模型有望將蛋白質(zhì)設計從“編程時代”提升至“智能生成時代”。許錦波教授從2019年開始研究用大模型的方法，即預訓練機制改造和設計蛋白質(zhì)，并持續(xù)取得突破。“當然，蛋白質(zhì)序列形成的結構比自然語言的結構復雜得多，數(shù)據(jù)處理、AI算法、反饋機制等方面不能只是套用現(xiàn)有的大語言模型。但目前的階段性進展已經(jīng)讓我們看到基于AI生成機制的大模型在蛋白質(zhì)設計領域的潛力，相信AI蛋白質(zhì)生成大模型是解決產(chǎn)業(yè)級蛋白質(zhì)生成問題的有效路徑。”
在持續(xù)推進AI算法創(chuàng)新的同時，分子之心也公布了多項經(jīng)濕實驗驗證的AI從頭設計的蛋白質(zhì)成果，如功能與天然蛋白類似但氨基酸數(shù)量更少的蛋白質(zhì)，或是能與某個特定小分子結合的蛋白質(zhì)、與某個特定底物結合的酶等。比如，許錦波團隊從頭設計的綠色熒光蛋白（GFP），僅用110個氨基酸就實現(xiàn)了與238個氨基酸的天然GFP蛋白相似的功能，并在首次濕實驗驗證中就獲得100%成功。
分子之心AI算法從頭設計的熒光酶和GFP蛋白
在藥物設計領域，許錦波團隊僅用幾小時就完成了傳統(tǒng)方法需要數(shù)月才能完成的抗體設計，并經(jīng)濕實驗驗證成功得到多個候選抗體，這一結果對大分子藥物設計意義重大，意味著蛋白質(zhì)從頭設計算法在抗體領域的可行性，未來可用基于AI的可編程、可預測方法替代傳統(tǒng)的“試錯”機制，針對特定的治療需求直接設計蛋白質(zhì)藥物。甚至突破現(xiàn)有靶點的限制，從疾病源頭解決健康問題。
分子之心在AI蛋白質(zhì)設計領域的技術突破，都將通過AI蛋白質(zhì)預測、優(yōu)化、設計平臺“MoleculeOS”服務于生物醫(yī)藥、合成生物學等產(chǎn)業(yè)領域。MoleculeOS是分子之心自研的業(yè)界首個功能完善的AI蛋白質(zhì)預測、優(yōu)化、設計平臺, 可面向真實產(chǎn)業(yè)需求提供解決方案，基于AI蛋白質(zhì)技術解決藥物設計、生物育種、環(huán)境保護、高性能材料等領域的真實產(chǎn)業(yè)需求。
當下，生物科技的顛覆性變革已經(jīng)開啟，未來，人類將能更加系統(tǒng)、全面地探索蛋白質(zhì)宇宙中廣闊的未知領域，設計出新穎的、自然界中不存在的超級蛋白質(zhì)，加速生物經(jīng)濟時代到來。
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