斯坦福大学研究人员利用AI加快新冠药物发现

COVID-19疫情的肆虐，凸显出人工智能在药物发明规模的重大孝顺。

跟着COVID-19疫情不绝威胁环球公众的生命安详与一般糊口，人们开始高度重视这一疾病的提防与治疗。以往人用药物在美国食物药监局（FDA）的核准流程每每必要淹灭数亿美元，且必要数月乃至数年的临床试验周期。可是，大概治疗COVID-19的殊效药就藏在FDA方面已经核准的高出7800种人用药物傍边。为了验证这一意料，环球数百名研究职员开始投入不懈全力。

在这样一个时刻节点之下，人工智能自告奋勇继续重任，实行用AI药物发明的方法为抗疫事变带来新的但愿。在本年全美最具成长远景的50家人工智能企业傍边，Atomwise、Genesis Therapeutics、Recursion Pharmaceuticals以及twoXAR等AI药物发明厂商榜上著名。来自英国的Benevolent.ai等企业也开始在国际上敦促AI药物发明的遍及。这些公司早在COVID-19疫情发作之前就迈出了本身的试探脚步，但愿行使AI要领发明现有药物可否治疗多种疾病。

从事这方面研究的AI从颐魅者也在快速增进。为此，我们与斯坦福大学人类中心AI研究所闻名生物工程学传授兼副主任Russ Altman博士举办了交换。Altman的尝试室重点研究人类遗传变异对药物回响造成的影响。面临此次八面威风的COVID-19疫情，他和同事们敏捷调解了事变重心。尽量传统临床试验也许必要数年时刻，但Altman和他的团队在几周之内就发明白一种有助于反抗COVID-19的药物，其间回收的正是斯坦福大学研究科学家Stefano Rensi所建议的要领。尽量这种新要领不行能百试百灵，但他的团队确其实AI技能的助力下投身于这场环球性的战争并快速取得成就。

 “阻断”卵白质并抗击病毒

疾病节制与提防中心（CDC）宣布的图片，显现出冠状病毒示意出的超微布局。

已往几个月以来，“病毒”已经成为环球范畴内的热门议题。病毒是一种无法自我复制的亚显微介质，只能依靠于康健的宿主细胞才气保持勾当。正常的人类细胞中包括6000到7000个卵白质分子。COVID-19病毒被称为SARS-CoV-2，它会带着6种卵白质大分子进入人体细胞，这些在分子在这里被进一步处理赏罚为29种成果性卵白。接下来，这些卵白质开始节制完备细胞，并由病毒批示细胞从正常完成人体成果转为纯真天生更多SARS-CoV-2拷贝。最终，宿主细胞中将布满SARS-CoV-2儿女，并在进一步裂解之后传染其他更多康健的宿主细胞。

治疗这种病毒的一种可行要领，就是阻断病毒卵白的浸染。假如科学家们可以或许找到一种滋扰病毒节制细胞手段的要领，即有望阻止这种疾病的产生。另一种要领就是阻断某些“辅佐”病毒施展浸染的人类卵白质。可是，要找到并阻断这些特定卵白质（即「靶标」）、发明具有阻断浸染的药物以及验证是否切实验展了阻断结果，无疑是一项难题的事变。在Altman的尝试室中，他们运用AI技能通过三步走计谋就此睁开试探。

步调1：通过天然说话处理赏罚（NLP）明晰偏向

第一步是行使AI技能查察与COVID-19相干的数千篇研究论文。对人类而言，阅读此类论文必要长时刻的正规生物学专业进修。但呆板完全可以或许在天然说话处理赏罚的支持下无缝遍历这些学术文献。斯坦福大学的呆板进修算法扫描了数千篇与烈性熏生病相干的论文，包罗MERS、HIV以及SARS等，并从中探求与COVID-19之间的相似之处。其事变道理相同于搜刮引擎，可以或许以图形方法映射文献中的术语并共同NLP算法举办链接整合，辅佐Altman和他的团队快速发明TMPRSS2这一“可疑”卵白作为隐藏靶标。

行使天然说话处理赏罚将COVID-19相干疾病的学术文献转换为图形化模子。

Altman表明道，“TMPRSS2是一种人类卵白质，可辅佐COVID-19进入人体细胞。”下图所示，为TMPRSS2怎样辅佐COVID-19与ACE2团结以进入人体细胞。

 TMPRSS2辅佐COVID-19与ACE2团结以进入人体细胞。

步调2：行使有监视呆板进修投射3D布局

下一步则是相识靶标卵白质的“外面”。遗憾的是，今朝天下上还没有现成的卵白质外形数据库。卵白质会以多种方法举办弯曲与折叠，明晰并领略其奇异构型每每十分伟大。要在尝试室中确定卵白质外形，研究职员每每必要淹灭数月乃至数年时刻。可是，呆板进修技能足以天生靠近准确卵白质外形的暗示，Altman尝试室也正在以此作为打破口。Altmann提到，“这在本质上是一种有监视呆板进修题目，相等于给定一个序列，并对其泛起出的3D布局做出猜测。今朝此类猜测算法已经可以在网上轻松获取。”

为TMPRSS2卵白质天生3D模子。

步调3：探求用于阻断卵白质的药物

最后，Altman尝试室还必要探求一种可以或许阻断方针卵白质成果的药物。只要阻断卵白质成果，他们就能阻止COVID-19的进一步传染。直观地看，药物阻断卵白质的方法高度依靠于其几许外形与物理性子。换言之，这种阻断类药物就像一把钥匙，可以或许将卵白质成果彻底封锁。

阻断类药物就像一把钥匙，可以或许将卵白质成果彻底封锁。

他们起首绘制出也许“匹配”TMPRSS2卵白质布局的隐藏药物，然后将其与已经得到FDA核准的备选药物（见下图）举办比对，并最终确定Argatroban好像很有但愿。更重要的是，Argatroban是FDA核准出产的在售药物，因此只要疗效确切，人们很快就可以将其投入COVID-19治疗。

图中所示，为也许“匹配（具有高亲和力）”TMPRSS2卵白质的隐藏药物及其禁锢状态。

AI药物发明将给我们带来奈何的影响？

（编辑：河北网）

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