2024年10月9日，蛋白質(zhì)設計先驅 David Baker 教授與AlphaFold開(kāi)發(fā)者 Demis Hassabis、John Jumpe 共同獲得了2024年諾貝爾化學(xué)獎。
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A(yíng)I蛋白質(zhì)設計領(lǐng)域快速發(fā)展帶來(lái)的生物安全問(wèn)題的思考和建議。
隨著(zhù)人工智能（AI）方法的引入，計算蛋白質(zhì)設計的能力和準確性迅速提高。這有望改變生物技術(shù)，促進(jìn)可持續性和醫學(xué)的進(jìn)步。
DNA合成在設計蛋白的實(shí)體化過(guò)程中發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用。然而，與所有重大的革命性變化一樣，這項技術(shù)很容易被濫用以及用于生產(chǎn)危險的生物制劑。為了在充分獲益的同時(shí)降低可能出現的風(fēng)險，所有合成基因序列和合成數據應收集和存儲于僅在緊急情況下查詢(xún)的存儲庫中，以確保蛋白質(zhì)設計以安全、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(guò)程中面臨的挑戰，但今天的問(wèn)題（例如全球病原體、神經(jīng)退行性疾病和生態(tài)系統退化）需要新的解決方案。
人工智能（AI）加速的蛋白質(zhì)設計可以幫助解決其中許多問(wèn)題?；跈C器學(xué)習的方法可以快速創(chuàng )建具有不同結構和功能的生物分子，這些分子通常與任何已知蛋白質(zhì)都沒(méi)有可檢測到的序列同源性。與此同時(shí)，DNA合成成本、質(zhì)量和速度的指數級提高，簡(jiǎn)化了將這些設計的蛋白質(zhì)編碼為合成基因的過(guò)程。
2023年，第一個(gè)通過(guò)計算蛋白設計開(kāi)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上市。如今，更多這樣的創(chuàng )新是可能的——而且是在短期內實(shí)現。而問(wèn)題在于，監管人工智能（AI）的道路可能是漫長(cháng)而復雜的。計算蛋白質(zhì)設計的進(jìn)展可能會(huì )受到過(guò)于嚴格的AI規定的阻礙。好消息是，用于蛋白質(zhì)設計的AI工具具有高度的專(zhuān)業(yè)性，因此風(fēng)險規避應該更加直接明了。
在2023年人工智能安全峰會(huì )之前，在華盛頓西雅圖召開(kāi)的一次會(huì )議召集了來(lái)自學(xué)術(shù)界、工業(yè)界、慈善機構和政府機構的國際代表，討論了AI支持的蛋白質(zhì)設計，特別是新冠大流行防范和藥物開(kāi)發(fā)。合成DNA的制備被認為是一個(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(wú)論是偶然的還是有意的）構成實(shí)際障礙。
自2004年以來(lái)，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)機構、私營(yíng)機構和政府機構提出的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(lái)，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，因為通過(guò)從頭設計生成的蛋白質(zhì)可能與任何天然蛋白質(zhì)的序列相似性很少或根本沒(méi)有，這使同源性檢測變得復雜。因此，需要記錄合成序列，必要時(shí)使用加密來(lái)保護商業(yè)秘密。
如果一種新的生物威脅在世界上任何地方出現，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(lèi)查詢(xún)只在特殊情況下根據預先確立的標準進(jìn)行。由于生物的復雜性使得一次嘗試創(chuàng )造出一種危險物質(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該是有效的。除了提供審察追蹤，認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。篩選和記錄操作應該標準化，在國際范圍內實(shí)施，并擴展到臺式核酸合成儀。
這種蛋白質(zhì)設計安全策略依賴(lài)于所有相關(guān)團隊的輸入，以支持所需的基礎設施，并定義人員、制度和治理需求。理想情況下，像IGSC這樣的國際組織應該帶頭，但應該與政府和非政府組織合作。加強的安全并不會(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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