人工智能首次設(shè)計(jì)出工業(yè)菌株

人工智能會(huì)給生物行業(yè)帶來什么變化？中國(guó)科學(xué)院微生物研究所吳邊團(tuán)隊(duì)在該領(lǐng)域率先取得突破，通過智能計(jì)算技術(shù)，創(chuàng)造出自然界中不存在的生物催化反應(yīng)類型，并在世界上首次通過計(jì)算指導(dǎo)完成工業(yè)級(jí)菌株的構(gòu)建。22日，該項(xiàng)成果在線發(fā)表于國(guó)際著名期刊《自然·化學(xué)生物學(xué)》。

“蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和折疊方式數(shù)據(jù)量非常大，以前只能通過實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行篩選，現(xiàn)在人工智能計(jì)算技術(shù)介入后能快速大量處理數(shù)據(jù)。”論文通訊作者、中科院微生物所研究員吳邊說，2017年，美國(guó)化學(xué)會(huì)將人工智能設(shè)計(jì)新型蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)列為年度八大科學(xué)突破之首。

如果把工業(yè)菌株比作一輛車，酶蛋白就是其核心發(fā)動(dòng)機(jī)。研究人員在對(duì)天冬氨酸酶分子重設(shè)計(jì)后，成功獲得一系列具有絕對(duì)位置選擇性與立體選擇性的人工β-氨基酸合成酶。隨后，團(tuán)隊(duì)將非天然酶整合入大腸桿菌中，構(gòu)建出可高效合成β-氨基酸的工程菌株。

“β-內(nèi)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(chǎng)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?qǐng)?bào)記者，β-氨基酸的合成長(zhǎng)期以來依賴過渡金屬催化的化學(xué)途徑，需要昂貴的催化劑、苛刻的反應(yīng)條件等。

吳邊說，通過發(fā)酵工藝優(yōu)化與轉(zhuǎn)化工藝優(yōu)化，該生物催化體系可在溫和條件下利用廉價(jià)易得的烯酸類原料及氨水，一步實(shí)現(xiàn)相應(yīng)β-氨基酸的合成，而且成本可下降50%—90%。

據(jù)介紹，該項(xiàng)技術(shù)已完成中試與全尺寸生產(chǎn)工藝驗(yàn)證，產(chǎn)品潛在市場(chǎng)預(yù)計(jì)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產(chǎn)過程中大幅降低生產(chǎn)成本。