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AI技术助力全球抗疫 智峪生科公布猴痘病毒全基因组蛋白质结构预测结果

本文作者:嘉嘉 2022-06-01 15:43
导语:全球猴痘疫情拉响“警报” 智峪生科火速预测猴痘病毒全基因组蛋白质结构信息

新冠肺炎疫情还未散去,猴痘又拉响“警报”。

当地时间5月29日,世界卫生组织(WHO)发布疾病信息通报,将猴痘的全球公共卫生风险评估为中等。世卫组织在通报中称,5月13日至26日期间,已有23个非猴痘流行国家和地区向世卫组织上报了257例猴痘确诊病例,还有约120例疑似病例。

面对潜在的疫情风险,一批生物医药相关机构已经开始行动起来。

近日,生物计算平台型公司智峪生科就宣布,已发布了600多个猴痘蛋白质组的蛋白质结构预测,并进行了相关的蛋白质功能注释。相关预测结果均通过公司自主研发的全栈式蛋白计算在线平台——峪云ZCloud实现,有望帮助世界各地的科学家开展基于蛋白质结构的猴痘病毒疫苗和药物设计工作。

“我们希望通过我们的工作加快猴痘疫苗和药物研发的进展。后续随着研究工作的推进,我们将不断更新和公布最新研究成果。”智峪生科CEO王晟博士表示。

火速预测“600+”猴痘蛋白质结构

公开信息显示,猴痘是一种罕见的病毒性人畜共患病(从动物传播给人的病毒),病人临床症状与天花病人身上所观察到的症状类似,但临床严重程度较轻。随着在1980年消灭了天花和随后停止接种天花疫苗,猴痘成为最严重的痘病毒。

而在此次的猴痘相关蛋白质结构预测过程中,智峪生科选用了2022年5月猴痘流行菌株的基因组全序列(ID:ON563414.2)(参考文献1),2018年西非(WA)病毒株(猴痘病毒分离物MPXV-UK\U P3,ID:MT903345.1)的整个蛋白质组(参考文献2),以及1996年刚果盆地(CB)病毒株(猴痘病毒株扎伊尔-96-I-16,ID: NC_003310)的整个蛋白质组(参考文献3)。

在搭载了AlphaFold2-Batch算法的峪云ZCloud的帮助下,智峪生科快速实现了对上述毒株全部蛋白质的结构预测,合计产生了600多个预测结果。据悉,AlphaFold2-Batch是智峪生科在AlphaFold2基础上构建的崭新算法,相比原有算法实现了近2个数量级的异构加速,也由此实现了猴痘病毒相关蛋白质结构的快速预测。

另外,对于每个蛋白质的三维结构,智峪生科还均使用了团队主导研发的PointSite算法,进行了高精度的小分子结合区域预测标注。此次公布的预测结果中,就包含了2018年西非菌株与1996年刚果盆地菌株的蛋白质组的功能注释和分析。

AI技术助力全球抗疫 智峪生科公布猴痘病毒全基因组蛋白质结构预测结果

目前,智峪生科已选择将所有预测信息和功能预测结果公开,全球科学家均可在该公司官网获取相关信息(https://www.zelixir.com/Monkeypox/index.html)。

在过去的1周,智峪生科积极探索并建立猴痘病毒预测模型,对猴痘病毒流行进行精准预测,并且根据猴痘的最新情况,更新猴痘预测模型,不断优化全球猴痘预测系统。

在业内人士看来,虽然仅是基于AI计算预测出的蛋白质近似结构,但在猴痘病毒全球蔓延的背景下,这些蛋白质结构均可能包含新药或治疗药物的有效位点,对后续药物及疫苗研发具有十分重要的指导意义,能够为遏制猴痘病毒作出切实贡献。

以AI计算掀起生物科技革命

实际上,针对蛋白质结构的预测与设计正是智峪生科的“看家本领”之一。

公开信息显示,智峪生科成立于2021年4月,专注蛋白结构预测和设计技术并应用于靶点发现、药物设计、酶工程、生物合成催化等领域,提供药物研发辅助与合成生物学产品研发生产服务。

目前,智峪生科已自主打造了完整的蛋白质结构预测、设计、生产体系。具体而言,公司打造了蛋白质结构预测及研发辅助设施峪云ZCloud;搭建蛋白结构计算一站式工程化解决方案智山ZPod;建设高通量自动化湿实验平台智汇ZBot,显著提升药物研发成功率,形成一个集基础设施、蛋白设计服务、合成生物品三位一体的全产业链高新科技企业。并据此在成立不到一年的时间内,连续获得了由鼎晖投资和朗煜投资领投的天使轮和高瓴创投领投的PreA轮融资。

其中,在药物研发领域,智峪生科基于大数据与AI的蛋白结构预测以及蛋白-配体结合能计算与优化,可以显著提升药物发现阶段的效率。目前,公司就已为近30家客户完成30W+个蛋白质结构预测及研发辅助服务。

未来智峪生科云计算服务平台还将加入全自动高通量虚拟筛选、基于结构的小分子生成、全自动高性能自由能微扰、小分子属性预测等药物研发新服务。

“每一个模块都是生物科技研究过程中的一个特定步骤,我们希望通过自研的服务平台将每一个步骤串联起来,帮助生物医药企业一键完成新药研发前的蛋白质相关研究工作。后续药企只用参照计算结果,即可顺畅完成药物发现的工作。”王晟博士表示。

在继续为广大生物医药企业提供新药研发过程中的蛋白质预测与设计服务,夯实计算领域CRO公司基础的同时,智峪生科也将基于已有的技术优势开拓合成生物学业务。

据透露,通过纯AI计算和设计方法,智峪生科可以在短时间内将医药中间体的酶从天然底物出发进行了改造和设计。数据显示,改造后的酶催化活性大约提高了5-7倍,热稳定性也提高了近30度。同时,还可以对酶的催化口袋进行嫁接和改造,创造出一种此前不存在的通路,通过纯生物法开发出产品。“这是一套非常通用的技术,基本上可用于所有的酶和蛋白质,而且相对传统方法更精准,速度更快,成本更低。”

“我们希望通过计算理解生命、通过合成改进生命、通过设计重构生命,成为世界领先的合成生物学技术及产品提供商,为生物科技带来一场看得见的革命。”王晟博士表示。

参考资料:

[1]https://virological.org/t/first-draft-genome-sequence-of-monkeypox-virus-associated-with-the-suspected-multi-country-outbreak-may-2022-confirmed-case-in-portugal/799

[2] http://exon.gatech.edu/genemark/genemarks.cgi

[3]https://www.uniprot.org/uniprot/?query=monkeypox%20virus&fil=organism%3A%22Monkeypox+virus+%28strain+Zaire-96-I-16%29+%28MPX%29+%5B619591%5D%22&sort=score

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