2024年10月9日，蛋白質(zhì)設(shè)計先驅(qū) David Baker 教授與AlphaFold開發(fā)者 Demis Hassabis、John Jumpe 共同獲得了2024年諾貝爾化學(xué)獎。
在此之前，David Baker 教授和哈佛大學(xué)遺傳學(xué)家 George Church 教授在 Science 期刊發(fā)表了題為：Protein design meets biosecurity 的文章，介紹了對于AI蛋白質(zhì)設(shè)計領(lǐng)域快速發(fā)展帶來的生物安全問題的思考和建議。
隨著人工智能（AI）方法的引入，計算蛋白質(zhì)設(shè)計的能力和準(zhǔn)確性迅速提高。這有望改變生物技術(shù)，促進(jìn)可持續(xù)性和醫(yī)學(xué)的進(jìn)步。
DNA合成在設(shè)計蛋白的實體化過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。然而，與所有重大的革命性變化一樣，這項技術(shù)很容易被濫用以及用于生產(chǎn)危險的生物制劑。為了在充分獲益的同時降低可能出現(xiàn)的風(fēng)險，所有合成基因序列和合成數(shù)據(jù)應(yīng)收集和存儲于僅在緊急情況下查詢的存儲庫中，以確保蛋白質(zhì)設(shè)計以安全、可靠和可信的方式進(jìn)行。
自然界的蛋白質(zhì)優(yōu)雅地解決了在緩慢進(jìn)化過程中面臨的挑戰(zhàn)，但今天的問題（例如全球病原體、神經(jīng)退行性疾病和生態(tài)系統(tǒng)退化）需要新的解決方案。
人工智能（AI）加速的蛋白質(zhì)設(shè)計可以幫助解決其中許多問題。基于機(jī)器學(xué)習(xí)的方法可以快速創(chuàng)建具有不同結(jié)構(gòu)和功能的生物分子，這些分子通常與任何已知蛋白質(zhì)都沒有可檢測到的序列同源性。與此同時，DNA合成成本、質(zhì)量和速度的指數(shù)級提高，簡化了將這些設(shè)計的蛋白質(zhì)編碼為合成基因的過程。
2023年，第一個通過計算蛋白設(shè)計開發(fā)的藥物——新型冠狀病毒肺炎疫苗SKYCovione在韓國和英國獲得批準(zhǔn)上市。如今，更多這樣的創(chuàng)新是可能的——而且是在短期內(nèi)實現(xiàn)。而問題在于，監(jiān)管人工智能（AI）的道路可能是漫長而復(fù)雜的。計算蛋白質(zhì)設(shè)計的進(jìn)展可能會受到過于嚴(yán)格的AI規(guī)定的阻礙。好消息是，用于蛋白質(zhì)設(shè)計的AI工具具有高度的專業(yè)性，因此風(fēng)險規(guī)避應(yīng)該更加直接明了。
在2023年人工智能安全峰會之前，在華盛頓西雅圖召開的一次會議召集了來自學(xué)術(shù)界、工業(yè)界、慈善機(jī)構(gòu)和政府機(jī)構(gòu)的國際代表，討論了AI支持的蛋白質(zhì)設(shè)計，特別是新冠大流行防范和藥物開發(fā)。合成DNA的制備被認(rèn)為是一個關(guān)鍵的生物安全控制點。會議提出的建議包括篩查和記錄所有合成的基因序列的政策。這將對制造有害生物分子（無論是偶然的還是有意的）構(gòu)成實際障礙。
自2004年以來，由國際基因合成聯(lián)盟（IGSC）成員提出并自愿采用的DNA合成調(diào)控已在學(xué)術(shù)界和生物技術(shù)和制藥行業(yè)廣泛實踐。目前，IGSC對學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、私營機(jī)構(gòu)和政府機(jī)構(gòu)提出的DNA序列要求進(jìn)行篩選，以確定其與共識列表上的病原體成分的同源性。
展望未來，這些檢查可以與合成本身聯(lián)系在一起——不管是化學(xué)合成還是酶法合成——這樣每一臺合成儀都需要對每一個新的基因序列進(jìn)行密碼式的短時間精確匹配搜索。僅僅篩選序列可能是不夠的，因為通過從頭設(shè)計生成的蛋白質(zhì)可能與任何天然蛋白質(zhì)的序列相似性很少或根本沒有，這使同源性檢測變得復(fù)雜。因此，需要記錄合成序列，必要時使用加密來保護(hù)商業(yè)秘密。
如果一種新的生物威脅在世界上任何地方出現(xiàn)，相關(guān)的DNA序列可以追溯到它們的起源。“選擇性披露”政策可確保此類查詢只在特殊情況下根據(jù)預(yù)先確立的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。由于生物的復(fù)雜性使得一次嘗試創(chuàng)造出一種危險物質(zhì)的可能性非常小，因此這種追蹤新生威脅的起源的能力應(yīng)該是有效的。除了提供審察追蹤，認(rèn)識到所有合成序列都會被記錄可能會阻止不良行為者。篩選和記錄操作應(yīng)該標(biāo)準(zhǔn)化，在國際范圍內(nèi)實施，并擴(kuò)展到臺式核酸合成儀。
這種蛋白質(zhì)設(shè)計安全策略依賴于所有相關(guān)團(tuán)隊的輸入，以支持所需的基礎(chǔ)設(shè)施，并定義人員、制度和治理需求。理想情況下，像IGSC這樣的國際組織應(yīng)該帶頭，但應(yīng)該與政府和非政府組織合作。加強(qiáng)的安全并不會威脅到信息共享或交流；科學(xué)資助方、出版商和決策者應(yīng)勸阻以生物安全為借口不分享新方法和進(jìn)展。相反，這個快速發(fā)展領(lǐng)域的安全應(yīng)該被框定為最大限度地進(jìn)步，以解決緊迫的社會關(guān)切。
原文鏈接：https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.ado1671
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