人工智慧首次設計出工業菌株

人工智慧會給生物行業帶來什麼變化？中國科學院微生物研究所吳邊團隊在該領域率先取得突破，通過智慧計算技術，創造出自然界中不存在的生物催化反應類型，並在世界上首次通過計算指導完成工業級菌株的構建。22日，該項成果線上發表于國際著名期刊《自然·化學生物學》。

“蛋白質的結構和折疊方式數據量非常大，以前只能通過實驗室進行篩選，現在人工智慧計算技術介入後能快速大量處理數據。”論文通訊作者、中科院微生物所研究員吳邊説，2017年，美國化學會將人工智慧設計新型蛋白質結構列為年度八大科學突破之首。

如果把工業菌株比作一輛車，酶蛋白就是其核心發動機。研究人員在對天冬氨酸酶分子重設計後，成功獲得一系列具有絕對位置選擇性與立體選擇性的人工β-氨基酸合成酶。隨後，團隊將非天然酶整合入大腸桿菌中，構建出可高效合成β-氨基酸的工程菌株。

“β-內酰胺抗生素、紫杉醇（抗癌藥物）、西格列汀（糖尿病藥物）等多種具有巨大市場銷售額的明星分子，均需要β-氨基酸作為合成單元。”吳邊告訴科技日報記者，β-氨基酸的合成長期以來依賴過渡金屬催化的化學途徑，需要昂貴的催化劑、苛刻的反應條件等。

吳邊説，通過發酵工藝優化與轉化工藝優化，該生物催化體系可在溫和條件下利用廉價易得的烯酸類原料及氨水，一步實現相應β-氨基酸的合成，而且成本可下降50%—90%。

據介紹，該項技術已完成中試與全尺寸生産工藝驗證，産品潛在市場預計超30億元，有望在紫杉醇、度魯特韋與馬拉維若等抗癌與艾滋病治療藥物的生産過程中大幅降低生産成本。