计算生物学“两万里挑一”的“活性分子”诞生
发布时间:2024-09-11

随着计算生物学技术的不断进步和应用的深入,其在新药研发中的作用将愈发凸显。为进一步落实《上海市计算生物学创新发展行动计划(2023一2025年)》,推动上海计算生物学发展,在上海市科委指导下,上海市生物医药科技产业促进中心与中国科学院上海药物研究所、华为云等共同举办了2023上海国际计算生物学创新大赛(以下简称“大赛”), 致力于推进计算生物学的进步并激发生物医药科技的创新潜力。

本次2023上海国际计算生物学创新大赛聚焦人工智能在离子通道药物开发中的应用,采用干湿实验相结合的创新赛制,旨在实际验证算法并推动其迭代优化。自赛事公布之日起,首届即吸引了逾1300名专业人才报名,组建了超过330支团队参与竞争。经过严格的多轮评审,一批尖端算法和具有潜力的高活性分子在大赛中脱颖而出。

上海市生物医药科技发展中心相关负责人介绍:“举办这项大赛,是上海市科委“以赛选项”的创新举措。期待通过大赛选项目、选人才,以赛选人是此次举办大赛的宗旨。希望通过此次大赛能够发现人才,吸引更多人工智能行业人才到生物医药赛道,与此同时,生物医药赛道的研究者也能够更加重视人工智能对行业的赋能,进一步强化学科交叉产生的新质生产力,解决生物医药原始创新关键瓶颈问题。可以说,原创、颠覆、跨界是本次大赛的三个关键词。”

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结合湿实验得分(占70%)、决赛现场答辩汇报质量、建模探索过程、建模方案创新性等维度的综合打分,最终评选出一等奖1名、二等奖2名、三等奖2名。其中,一等奖获得者为来自上海科技大学的“GeminiMol”团队。

二等奖获得者为来自上海科技大学的“冬旦之间”团队和阿里云飞天实验室、南京邮电大学的“med4everyone”团队。

三等奖获得者为来自天津天士力数智中药开发有限公司、南开大学的“tasly-xingdouyun”团队和山东大学、中国科学院微生物所的“AIforDrug”团队。

优胜奖获得者分别是:大连东软信息学院的“发际线与我们作战”团队,“lelepupu”团队,中南大学、五邑大学的“对对对”团队,四川大学华西医院、四川大学计算机学院的“少不入川”团队和武汉大学计算机学院的“好”团队。


计算生物学新质生产力推动研究范式变革

一款新药从开始研发到成功上市,

需要花费10多年甚至几十年的时间,

需要耗费十亿元以上资金,

不断上涨的成本却并没有

换来更高的成功率。

计算生物学作为一种新质生产力,

不仅是科技创新,

更是科研范式的创新。

在此次大赛中,基于人工智能模型和算法,一共从1,800多万的化合物的库里面筛出来了1023个分子进入初赛;

有团队研发新型口腔镇痛药,快速识别新型局部麻醉药累计科研成果转化3.82亿元,显著提升药物研发效率建立面向药物研发的大型对话系统平台,超过 1 万人次访问;

有团队采用了更具突破性的路线,使用人工智能加速分子合成,大大缩短了传统药物合成时间,不仅比传统方法快了三四倍,成本也大大降低。

此次大赛充分展现了计算生物学在新药发现过程中的优势。参赛团队运用先进的算法,结合蛋白靶标和小分子的信息,高效地从庞大的化合物库中筛选出有潜力的苗头化合物。与传统的药物发现过程相比,这一方法大幅缩短实验周期,并降低研发成本。此外,大赛通过湿实验数据的反馈,有助于参赛团队识别和修正模型缺陷,推动算法迭代和优化。

计算生物学可以通过计算机进行初步筛选,剔除无意义的样本,然后再用生物手段进行验证,这样可以显著缩短研发时间并降低成本。

此次大赛获奖团队中,通过AI算法进行初筛,将原始数据库中1800万个分子缩减到几万个,推荐类药分子的效率比传统方法最先进的水平提高了10%以上。


推动跨界融合创新,前五名不完全是“做药人”

计算生物学作为医药研发的前沿领域,通过整合临床数据、基因组数据等多维度信息,将机器学习与人工智能技术精准地嵌入药物研发的全周期。这一跨学科的融合加快了候选药物从实验室发现到市场准入的进程,显著降低了研发过程中的经济负担。

通过计算机进行初步筛选,

再用湿实验手段验证,

这样可以显著缩短研发时间

并降低成本。

在上海市生物医药科技发展中心相关负责人看来:“此次大赛前五名不完全是生物医药专业出身,这就一定程度上说明生物学家与计算学科专家跨界融合,后续有更深入合作创新。并且,从降本增效的角度来看,学科交叉融合的大赛不仅节约了时间成本、还节约了资金、科研资源试剂,从多维度提升了筛选新药的效率。”


突出原创靶标发现,赛在真实场景

依托于大数据的深度分析,计算生物学极大地推进了对疾病病理机制的深入理解,为新靶点的识别和生物标志物的筛选提供了创新视角,并为攻克复杂和难治性疾病提供了可能的新策略。

中国科学院上海药物研究所国家重点实验室主任、离子通道研究平台主任高召兵研究员介绍,“一直以来,缺少原创药物靶标是我国原创药物研发领域面临的突出问题。从全球新药研发现状来分析,药物靶标是新药创制的源泉和最关键环节,一个全新药物靶标的成功就可开辟一个革命性的新治疗领域,比如PD-(L)1靶点的成功使肿瘤免疫治疗进入高光时代。

此次大赛突出原创靶标发现,

以原创新药开辟和引领

生物医药新质生产力发展。

此次大赛选出的成药分子虽然距离最终真正成药还有一定的距离,但带来非常有益的启发。大赛希望通过真实的项目来检验参赛项目的AI算法和经验在实际应用中的价值。获奖团队介绍,“以前我们更多的是做算法,很少直接接触实际应用,这次比赛给我们最大的启发是,为特定项目设计特定的解决方案,而不是像以前那样做一个通用的算法,然后在一些数据集上跑测试。”

在高召兵看来,上海在人工智能方面也具有较好基础,人工智能也是上海重点发展的战略方向。要特别重视人工智能和生物医药的跨界融合创新,支持人工智能在原创靶点发现、新分子实体发现和设计、临床试验等环节的科研创新和应用,本次计算生物学大赛正是一个具体的举措,不仅为参赛者提供了展示专业技能和创新思维的舞台,更为生物医药科技的未来探索和发展提供了强有力的支持和启发。

高召兵说,“要更加重视原创靶标发现和原创药物研发。一旦原创靶标取得突破,将整体提升我国新药创制能力,开辟具有突破性、颠覆性治疗价值的新领域,有望产生一批中国原创新药。”

本次活动由上海市生物医药科技产业促进中心主办,中国科学院上海药物研究所原创新药研究全国重点实验室、中国银行上海市分行、华为云计算技术有限公司、临港实验室、上海人工智能研究院、东方美谷企业集团股份有限公司、上海大宁资产经营(集团)有限公司联合主办,上海生物医药公共技术服务有限公司和上海市生物医药产业技术服务平台具体承办,活动也得到了上海皓元生物医药科技有限公司(MCE中国)协办支持。

来源:上海科技

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