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AI助力抗體結(jié)構預測，晶泰科技與IDEA研究院合作取得重要進展

近日，晶泰科技與粵港澳大灣區(qū)數(shù)字經(jīng)濟研究院(簡稱 IDEA 研究院)共同宣布：雙方合作項目取得階段性重要進展。晶泰科技與 IDEA 研究院聯(lián)合開發(fā)了一款基于AI的高通量高精度抗體結(jié)構預測模型idealFold(IDEa-xtALpi-Fold)。

該模型依托晶泰科技自主搭建的 XupremAb™ 下一代抗體發(fā)現(xiàn)平臺和 IDEA 研究院的人工智能技術，將先進的 AI 算法與大分子藥物研發(fā)專家經(jīng)驗有機結(jié)合，并運用于抗體結(jié)構預測中。

經(jīng)下游任務的濕實驗驗證，idealFold 的預測速度和預測精度均取得行業(yè)領先水平。高通量且高精度的抗體結(jié)構預測將對抗體理性設計、可開發(fā)性預測、超大抗體庫構建等產(chǎn)生積極作用，大大提高抗體藥物的研發(fā)效率。

AlphaFold2 于 2021 年在蛋白質(zhì)結(jié)構預測方面取得突破性進展，展示了 AI 在生命科學領域的應用潛力。雖然 AlphaFold2 可以利用不同蛋白間的多重序列比對( MSA )，實現(xiàn)對未知蛋白質(zhì)結(jié)構的預測[1]。但從進化的角度看，抗體并不存在 MSA 信息，較難通過 MSA 實現(xiàn)抗體結(jié)構的預測，因而 AlphaFold2 在抗體結(jié)構預測方面的準確率不夠高，難以得到很好的應用落地。

AlphaFold2 的運行速度也極大地制約了其在工業(yè)界級別的藥物發(fā)現(xiàn)中的落地。另外，AI 領域的干實驗指標與藥物研發(fā)領域的濕實驗指標之間存在鴻溝，僅僅從 AI 角度進行算法改進常常是難以落地的。舉例來說，抗體結(jié)構預測的 RMSD 等干實驗指標的提升并不一定能讓真實的藥物研發(fā)獲益。

晶泰科技自 2021 年起即與 IDEA 研究院開啟戰(zhàn)略合作，設立 IDEA 晶泰人工智能實驗室。為了解決抗體結(jié)構預測 AI 在大分子藥物研發(fā)領域的落地難題，IDEA 晶泰人工智能實驗室研發(fā)推出了第一代基于 AI 的抗體結(jié)構預測模型 idealFold。

首先，基于專家經(jīng)驗篩選的海量自然抗體數(shù)據(jù)庫搭建了大型抗體預訓練模型。然后，該模型利用大規(guī)模預訓練模型從無標注蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)中學習到的表征為輸入，搭配基于層次化聚類得到的蛋白質(zhì)殘基生化性質(zhì)，建模蛋白質(zhì)序列與空間結(jié)構的關系，避免了使用 MSA 作為輸入，節(jié)省了多序列比對過程，極大地提升了模型推理的速度。

抗體結(jié)構 H3 區(qū)域的長度高度可變性、結(jié)構高度可變一直是抗體結(jié)構預測的難題， idealFold 通過引入多重位置編碼信息，包括針對 CDR 區(qū)域的相對位置編碼和絕對位置編碼，增強了模型對抗體不同可變區(qū)的感知能力。idealFold 的單抗版本還集成了增強配對的特征表示，把抗體的輕重鏈位置信息也放入了配對特征表示中，提升了模型對輕鏈和重鏈的區(qū)分能力，從而提升了模型的性能。

經(jīng)過與同類模型分別在單抗和 VHH 抗體結(jié)構預測效果的比較，該模型的運行速度比當前行業(yè)廣泛使用的 IgFold 快93倍，大大提升了 AI 算法預測抗體結(jié)構的效率。

此外，為了加速該模型的應用落地，晶泰科技基于自主搭建的下一代抗體發(fā)現(xiàn)平臺 XupremAb™，將 idealFold 與晶泰科技自研的疏水性預測方法結(jié)合，應用于 VHH 抗體的疏水性預測并進行了濕實驗驗證。結(jié)果表明，idealFold 的 Spearman 相關系數(shù)達 0.82，超過其他兩個行業(yè)內(nèi)的主流模型，在真實的大分子藥物研發(fā)任務中嶄露頭角。

IDEA 晶泰人工智能實驗室充分利用晶泰科技在醫(yī)藥研發(fā)行業(yè)積累多年的 AI 算法落地經(jīng)驗，以及 IDEA 研究院在 AI 算法研究方面的優(yōu)勢，旨在通過智能化、自動化驅(qū)動 AI 算法快速產(chǎn)業(yè)落地，賦能靶點發(fā)現(xiàn)、大分子藥物的高通量篩選以及大分子藥物的從頭設計等多個藥物研發(fā)的重要環(huán)節(jié)。與此同時，在晶泰科技智能計算、專家經(jīng)驗和自動化實驗形成的“三位一體”藥物研發(fā)新模式的基礎之上，實驗室通過“干濕融合”的方式將AI技術與藥物研發(fā)環(huán)節(jié)緊密結(jié)合，從而形成閉環(huán)式迭代優(yōu)化，為 AI 模型的落地提供多元化應用場景，進一步加速創(chuàng)新藥物發(fā)現(xiàn)。

李一

晶泰科技戰(zhàn)略發(fā)展副總裁、

抗體業(yè)務線負責人

“我們很榮幸與 IDEA 建立戰(zhàn)略合作關系。AI 驅(qū)動大分子藥物發(fā)現(xiàn)是晶泰科技近兩年來積極部署的研究方向，致力于將人工智能技術和自動化前沿技術進一步拓展到大分子藥物發(fā)現(xiàn)領域，提高大分子藥物發(fā)現(xiàn)的新穎性和成功率。通過此次合作，我們希望進一步鞏固晶泰科技在人工智能計算方面的領先優(yōu)勢，依靠晶泰科技在AI制藥行業(yè)累積多年的算法落地經(jīng)驗，讓 AI 在大分子藥物研發(fā)領域的應用進一步落地，滿足該領域仍未被滿足的臨床需求，讓患者早日受益。”

幺寶剛

IDEA研究院聯(lián)合實驗室負責人

“我們正處于人工智能技術爆發(fā)的時代，AI 賦予了我們新的發(fā)展機遇。IDEA 研究院不僅專注于人工智能技術研究，而且更希望通過人工智能技術驅(qū)動各行各業(yè)的發(fā)展，讓更多的人從數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展中獲益。其中，生物醫(yī)藥領域是近些年 AI 落地最直接的應用場景之一。我們很榮幸能與全球藥物研發(fā)智能化、自動化的行業(yè)開拓者晶泰科技合作，期待利用我們在 AI 技術方面的優(yōu)勢，共同探索更廣闊的大分子序列和結(jié)構空間，拓展產(chǎn)業(yè)邊界，讓 AI 賦能大分子藥物發(fā)現(xiàn)。”