AI給生物學(xué)帶來(lái)的變革，仍在不斷突破想象。

近日，美國(guó)艾倫研究所宣布啟動(dòng)「細(xì)胞景觀」（CellScapes）計(jì)劃，旨在結(jié)合尖端成像技術(shù)與AI模型來(lái)揭示細(xì)胞原理，構(gòu)造細(xì)胞動(dòng)態(tài)圖景，為科學(xué)家預(yù)測(cè)乃至設(shè)計(jì)細(xì)胞提供強(qiáng)大工具。

據(jù)悉，該項(xiàng)目將為期十年，由75名專家組成的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)執(zhí)行，期間并不設(shè)定固定的預(yù)算。

根據(jù)設(shè)想，CellScapes將用數(shù)學(xué)來(lái)描述細(xì)胞及其行為，提供測(cè)量和表征細(xì)胞的新方法，使得研究人員能夠以前所未有的清晰度來(lái)理解、預(yù)測(cè)和編程細(xì)胞行為。

艾倫研究所總裁兼CEO稱：“CellScapes 是一項(xiàng)突破性的‘登月計(jì)劃’，有望改變細(xì)胞生物學(xué)的范式?！?/p>

該項(xiàng)目還將為全球研究人員、教育工作者和學(xué)生提供公開可用的工具、數(shù)據(jù)和可視化效果，為再生醫(yī)學(xué)、癌癥研究和個(gè)性化療法的突破鋪平道路。

去年，斯坦福大學(xué)、基因泰克和陳-扎克伯格基金會(huì)的研究團(tuán)隊(duì)在《Cell》發(fā)表論文指出，科學(xué)界正迎來(lái)“前所未有的機(jī)遇”——利用AI來(lái)創(chuàng)建虛擬細(xì)胞，表征和模擬生物分子、細(xì)胞乃至組織和器官的精確行為。

2024年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主、DeepMind首席執(zhí)行官德米斯· 哈薩比斯也公開表達(dá)了對(duì)虛擬細(xì)胞的強(qiáng)烈興趣，認(rèn)為這可能會(huì)徹底改變生物學(xué)研究。

今年3月，由中國(guó)科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院牽頭的人類細(xì)胞譜系大科學(xué)研究設(shè)施正式啟動(dòng)建設(shè)，將打造數(shù)字細(xì)胞AI大模型。

面對(duì)虛擬細(xì)胞這個(gè)諾獎(jiǎng)級(jí)的研究方向，以中美為代表的全球頂尖科研團(tuán)隊(duì)正在加速布局。

富豪兄妹創(chuàng)立，專注生命科學(xué)基礎(chǔ)研究

艾倫研究所是由已故微軟聯(lián)合創(chuàng)始人保羅·艾倫（Paul G. Allen）和妹妹喬迪·艾倫（Jody Allen）共同創(chuàng)立的一家非營(yíng)利的生物科學(xué)研究機(jī)構(gòu)。

圖：?jiǎn)痰稀ぐ瑐惡捅Ａ_·艾倫

保羅·艾倫是比爾·蓋茨的伯樂和搭檔，為微軟的創(chuàng)立做出了突出貢獻(xiàn)，公司上市時(shí)他持有28%的股權(quán)，2006年他以227億美元的身家排名富豪榜六位。

淡出微軟管理的他十分熱衷于公益和慈善事業(yè)，于2003年創(chuàng)立艾倫研究所，豪擲1億美元作為啟動(dòng)資金。

艾倫曾發(fā)表聲明稱將在死后向慈善事業(yè)捐獻(xiàn)大部分財(cái)產(chǎn)，他在聲明中表示：“我的大部分遺產(chǎn)將留給慈善事業(yè)，延續(xù)基金會(huì)的工作并資助非營(yíng)利性科學(xué)研究，如艾倫研究所的突破性工作?！?/p>

研究所最初的目標(biāo)是繪制哺乳動(dòng)物的大腦圖譜，之后研究領(lǐng)域不斷拓展，在腦科學(xué)、細(xì)胞學(xué)和免疫學(xué)均有建樹。

2006年，艾倫研究所公布了實(shí)驗(yàn)鼠的大腦基因圖譜，并在2011年繪制出了兩個(gè)迄今最完整的「人腦基因圖譜」。

這些發(fā)現(xiàn)為神經(jīng)科學(xué)提供了重要支撐，為帕金森癥、精神分裂癥、多發(fā)性硬化癥甚至肥胖等疾病的研究提供了廣泛的研究數(shù)據(jù)。

圖：艾倫研究所

目前，艾倫研究所主要可以分為六大部門：艾倫腦科學(xué)研究所、艾倫細(xì)胞科學(xué)研究所、保羅·艾倫前沿小組、艾倫免疫學(xué)研究所、艾倫神經(jīng)動(dòng)力學(xué)研究所和西雅圖合成生物學(xué)中心（合作）。

這些部門均由領(lǐng)域內(nèi)頂尖學(xué)者組成科學(xué)顧問委員會(huì)，專注于長(zhǎng)期目標(biāo)，致力于推動(dòng)基礎(chǔ)科學(xué)的突破。

更加值得一提的是，艾倫研究所的工作全部無(wú)償公開給研究人員，自成立以來(lái)，艾倫研究所已公開了總計(jì)24PB的數(shù)據(jù)。

AI+生物學(xué)的下一個(gè)圣杯

想象一下，人類通過“虛擬細(xì)胞”模擬真實(shí)細(xì)胞的生長(zhǎng)、代謝和變化過程，幫助科學(xué)家解析疾病機(jī)制、預(yù)測(cè)藥物效果。

這個(gè)看似只會(huì)出現(xiàn)在科幻小說中的場(chǎng)景，隨著AI與多組學(xué)技術(shù)的發(fā)展，正在變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

2024年12月，斯坦福大學(xué)、基因泰克和陳-扎克伯格基金會(huì)的研究團(tuán)隊(duì)在Cell上發(fā)表文章，呼吁全球科學(xué)界構(gòu)建AI虛擬細(xì)胞。

與傳統(tǒng)細(xì)胞生物學(xué)依賴實(shí)驗(yàn)不同，AI虛擬細(xì)胞通過計(jì)算模擬進(jìn)行“虛擬實(shí)驗(yàn)”，可以突破物理限制，高效測(cè)試多種假設(shè)和條件。

未來(lái)，虛擬細(xì)胞將推動(dòng)疾病機(jī)制的深入研究、加速藥物研發(fā)、實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)診斷和個(gè)性化醫(yī)療，并為合成生物學(xué)開辟新的路徑。

近年來(lái)，我國(guó)科學(xué)家已經(jīng)在虛擬細(xì)胞這一方向取得初步突破，例如西湖大學(xué)郭天南團(tuán)隊(duì)以蛋白質(zhì)組學(xué)入手，探索構(gòu)建虛擬細(xì)胞模型。

目前，郭天南團(tuán)隊(duì)在研的AI虛擬細(xì)胞項(xiàng)目從酵母等較簡(jiǎn)單但信息豐富的細(xì)胞模型出發(fā)，逐步擴(kuò)展到更復(fù)雜的人類癌細(xì)胞系。

今年3月，“十四五”重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——人類細(xì)胞譜系大科學(xué)研究設(shè)施在廣州國(guó)際生物島正式啟動(dòng)建設(shè)。

該項(xiàng)目由中國(guó)科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院牽頭建設(shè)，將繪制人體中全生命周期的細(xì)胞時(shí)空演化圖譜，打造數(shù)字細(xì)胞AI大模型，構(gòu)建數(shù)字生理人。

細(xì)胞譜系設(shè)施副總指揮陳捷凱對(duì)記者表示，未來(lái)一兩年，“數(shù)字細(xì)胞”就將面世。

繼AI改變蛋白質(zhì)研究之后，虛擬細(xì)胞成為AI+生命科學(xué)的下一個(gè)圣杯，相關(guān)成果正加速向產(chǎn)業(yè)界應(yīng)用轉(zhuǎn)化。

2024年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主、DeepMind首席執(zhí)行官德米斯· 哈薩比斯稱AlphaFold團(tuán)隊(duì)目前正在致力于虛擬細(xì)胞項(xiàng)目，預(yù)計(jì)在5年內(nèi)將能夠幫助藥物發(fā)現(xiàn)和測(cè)試。

不久前，融資10億美元的AI制藥公司Xaira Therapeutics宣布聘請(qǐng)頂尖人工智能學(xué)者Bo Wang教授，幫助公司構(gòu)建由AI驅(qū)動(dòng)的虛擬細(xì)胞。

專家預(yù)測(cè)，虛擬細(xì)胞將在未來(lái)10-15年內(nèi)真正實(shí)現(xiàn)，而日新月異的AI技術(shù)正在加快這一進(jìn)程。

—The End—

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