作者:刘霞 来源:科技日报 发布时间:2023/8/19 17:57:00
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从破译蛋白质秘密到研制新药,AI帮助人类应对科研挑战

 

近年来,人工智能(AI)领域发生了巨大变化,ChatGPT横空出世,引发生成式AI创业热潮。英国《新科学家》杂志网站在近日的报道中指出,很多科研团队和公司正在利用AI应对人类目前面临的最大的科学挑战:从破译蛋白质的秘密,到研制出新药,再到应对气候变化以及实现可商用的核聚变发电等。

揭示蛋白质结构

阿尔法折叠2(AlphaFold 2)利用结构数据建立的人类核孔复合体模型。

图片来源:《自然》网站

根据蛋白质氨基酸序列来确定其折叠结构一直是生物学领域的“老大难”。有些氨基酸和其他氨基酸相互吸引、相互作用,有些氨基酸则具有疏水性,而且氨基酸链形成了复杂的形状,令人难以精准确定,研究人员往往需要数年时间才能解决一个折叠结构。

英国“深度思维”公司于2020年底首次宣布研发出一种AI方法来精准预测蛋白质的折叠结构。2021年,他们宣布已绘制出人体中98.5%的蛋白质的结构图。

2022年7月,该公司AI程序“阿尔法折叠”已经预测出迄今已知几乎所有蛋白质结构,在短短18个月内破解了生物学领域的重大难题之一。

这些数据能帮助人类抗击疟疾、应对抗生素耐药性,以及制造出能够分解塑料的酶,还将推进新药研发进程。

研制未来的药品

在AI出现之前,研制出新药所需的时间越来越长,成本也越来越高。

如今,科学家已开始使用AI来自动化部分过程,例如获取庞大而混乱的数据集,并以更容易分析的方式对其进行组织,或者使用AI编写代码来完成这些工作等。

今年初,加拿大多伦多大学与Insilico医学公司合作,利用AI药物发现平台,发现了一种新的肝细胞癌靶点,这是以前未被发现的治疗途径,并开发出了一种可与该靶点结合的“新型打击分子”,在30天内研制出肝细胞癌的潜在治疗药物。

科学家还使用生成式AI来生成分子结构。互联网数据资讯网数据显示,预计到2024年,AI新药研发的市场规模将达到31.17亿美元。不过截至目前,全球还没有一款由AI研发的药物成功上市。

应对气候变化

气候变化是人类面临的最大的难题之一。

鉴于此,巴黎理工学院研究人员使用AI确保涡轮机更频繁地指向风中,从而将产能提高了0.3%。如果得到推广,增加的电力足以让170万户英国家庭使用。

“深度思维”公司开发了AI来改进矩阵乘法和排序算法,将两者的效率分别提高了20%和70%。这两大算法每天都在世界各地的计算机上执行数万亿次,效率的提高为减少计算产生的温室气体排放作出了重大贡献。

元宇宙公司(Meta)利用AI开发出了一种新的混凝土制造工艺,可将碳排放降低40%。由于混凝土碳排放占全球碳排放总量的8%,新工艺也可能对人们应对气候变化有重要意义。

帮助商用核聚变发电

人们一直在努力创建高效、可靠的核聚变发电厂,但这一任务极具挑战性。在托卡马克聚变反应堆内,试图精确而快速地控制多个线圈,并将等离子体压缩成一个有限的形状是非常困难的。

AI可以对托卡马克线圈内的等离子体进行更好地模拟计算。

图片来源:每日科技网

尽管AI并没有真正解决这个问题,但它正在提供帮助。去年,“深度思维”公司和瑞士联邦理工学院创建了一个能够控制19个磁线圈的神经网络,AI还能帮助将托卡马克中的等离子体随意改变形状。

英国曼彻斯特大学的李·马吉茨说,AI可能是核聚变发电“梦想照进现实”的转折点。

 
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