《AI熱潮》百度AI算法突破性成果登國際學術期刊《自然》

　　《經濟通通訊社3日專訊》百度(09888)與合作單位在生物計算領域的重磅突破性成果--百度研發的LinearDesign算法於mRNA疫苗序列優化的創新性表現,2日刊登於國際頂級學術期刊《Nature》。這是中國科技企業首次以第一完成單位的身份在《自然》(Nature)雜誌發表論文,而這也是AI應用於mRNA領域的首篇CNS主刊論文。

　Improves　Stability　and　Immunogenicity》(《mRNA優化設計算法　提高穩定性和免疫原性》)的論文,詳細介紹LinearDesign應用於mRNA疫苗序列優化的情況。受新冠疫情影響,全球對mRNA疫苗的研究和應用熱情高漲。mRNA疫苗中的主要成分mRNA分子,可以產生抗原蛋白,激活體內免疫反應,以對抗各種病原體。但mRNA分子的化學性質不穩定且易於降解。

這種不穩定性降低了疫苗的免疫原性和成藥性,也成為疫苗儲存和分發的主要障礙,導致mRNA疫苗需要依賴高成本的冷鏈技術,阻礙mRNA疫苗在全球,尤其是發展中國家的使用。因此,如何在mRNA疫苗的穩定性和有效性上做一些提升突破,成為科研人員想要攻克的難關。

*優化mRNA疫苗序列,縮短研發周期,降低研發成本*

　　百度生物計算團隊2020年開始在上述領域投入研究。該論文第一作者、百度研究院資深工程師張賀介紹,行業此前的研究指出,可以通過對mRNA疫苗序列的結構穩定性和密碼子使

用進行優化,來提升疫苗穩定性和有效性。但mRNA序列設計空間極其巨大,極其耗時。以新冠mRNA疫苗為例,需要在10的632次方個序列中確定出最優序列,如果一個個枚舉,需要10的618億年,在現有的計算條件下是一個不可能完成的任務。

　　百度研發的LinearDesign算法為這個難題提供了一個簡單而出乎意料的解決方案,通過自然語言處理中網格解析(Lattice　Parsing)技術,將「找出10的632次個序列中的最優序列」問題,簡化為在十幾分鍾內就能解決的問題。

　　實驗數據證明,LinearDesign算法設計序列將有助於生物醫藥公司快速研發更有效的mRNA疫苗,縮短研發周期,降低研發成本。這一算法的有效性已經在新冠mRNA疫苗和帶狀皰疹mRNA疫苗兩種疫苗中得到驗證。以新冠mRNA疫苗序列為例,該算法能夠在短短11分鐘內,從10的632次方個海量序列中找到最穩定的新冠mRNA疫苗候選序列。

而對比疫苗公司進入臨床實驗的新冠mRNA疫苗序列,該算法設計的序列穩定性(mRNA分子半衰期)最多提升5倍以上,蛋白質表達水平(48小時)最多提升3倍,抗體反應最多提升128倍。此外,相比傳統密碼子優化方法設計的帶狀皰疹mRNA疫苗序列,該算法設計的序列其穩定性(mRNA分子半衰期)最多提升6倍以上,蛋白質表達水平(48小時)最多提升5.3倍,抗體反應最多提升8倍。

　　張賀強調,LinearDesign算法有非常強的普適性,它提供的mRNA序列,很多是傳統方法甚至是人類專家都無法設計出來的序列。該研究成果的提出,實現了計算機科學和生物學的跨學科創新,不僅將有助於mRNA疫苗的研發,還將推動mRNA治療藥物、單克隆抗體和抗癌藥物等科學研究和藥物研發,具有重要的實際意義和廣泛的應用前景。(sl)