當(dāng)科技力量遇上生命奧秘，會(huì)碰撞出怎樣的火花？如何能在浩瀚的生物系統(tǒng)中精準(zhǔn)定位、優(yōu)化乃至創(chuàng)造新的生命形態(tài)？人工智能(AI)和合成生物學(xué)這兩大前沿領(lǐng)域的融合，正在掀起一場(chǎng)足以改變?nèi)祟?lèi)未來(lái)的科技革命。

近日，伊利諾伊大學(xué)趙惠民教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合馬薩里克大學(xué)、勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等團(tuán)隊(duì)，在 ACS Synthetic Biology 的特刊中給出了答案——“Special Issue on Artificial Intelligence for Synthetic Biology”。他們深度探索了AI/ML（人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)）如何賦能合成生物學(xué)，解鎖了從蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)到代謝工程，再到基因組挖掘的一系列成就。

圖片來(lái)源于 ACS Synthetic Biology

AI如何成為合成生物學(xué)的“超級(jí)助手”？

AI驅(qū)動(dòng)的蛋白質(zhì)工程：精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，功能升級(jí)

AI如同一把精密的手術(shù)刀，能夠深入到蛋白質(zhì)的每一個(gè)細(xì)微之處。通過(guò)大規(guī)模數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，科學(xué)家能夠以準(zhǔn)確的精度設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)，無(wú)論是提高產(chǎn)量還是優(yōu)化功能，都變得觸手可及。

例如：O'Neill團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的信號(hào)肽元件工具包，利用機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化載體設(shè)計(jì)，使生物制藥蛋白的產(chǎn)量較行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提升1.8倍以上，展現(xiàn)了AI在提升生產(chǎn)效率上的巨大潛力。

AI優(yōu)化的生物工廠：效率翻倍，產(chǎn)量飆升

在代謝工程中，AI扮演了“超級(jí)優(yōu)化師”的角色。通過(guò)模擬和預(yù)測(cè)復(fù)雜的生物反應(yīng)過(guò)程，AI能夠找到最優(yōu)的生產(chǎn)路徑，提高生產(chǎn)效率，減少資源消耗。

例如：Khamwachirapithak團(tuán)隊(duì)通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)，在釀酒酵母中實(shí)現(xiàn)了環(huán)境溫度和高溫下生物乙醇產(chǎn)量的顯著提升，為生物能源領(lǐng)域帶來(lái)新突破。

ML助力基因組挖掘：發(fā)現(xiàn)新型生物活性分子

基因組是生命的藍(lán)圖，而AI則是解鎖這些寶藏的鑰匙。利用ML（機(jī)器學(xué)習(xí)）技術(shù)，科學(xué)家能夠高效地挖掘基因組中的潛在資源，發(fā)現(xiàn)新型天然產(chǎn)物和生物活性分子。

例如：Dallo團(tuán)隊(duì)利用高密度gRNA平鋪、相關(guān)性分析和機(jī)器學(xué)習(xí)，研究了Synechococcus sp. PCC 7002中CRISPRi的gRNA設(shè)計(jì)原則，為基因編輯技術(shù)注入了新的智能元素。

AI文獻(xiàn)挖掘：知識(shí)的海洋導(dǎo)航者

面對(duì)浩瀚的科學(xué)文獻(xiàn)，AI成為了我們的得力助手。通過(guò)自然語(yǔ)言處理和主題建模技術(shù)，AI能夠高效地提取和整理文獻(xiàn)中的有用信息，為科研人員提供精準(zhǔn)的指引。

例如：Meier等人使用主題建模創(chuàng)建了合成生物學(xué)內(nèi)研究主題的綜合地圖，并使用合著網(wǎng)絡(luò)來(lái)獲得該學(xué)科的系統(tǒng)視圖。不僅加速了科學(xué)發(fā)現(xiàn)的速度，更為跨學(xué)科合作搭建了堅(jiān)實(shí)的橋梁。

人工智能可用于增強(qiáng)和加速合成生物學(xué)過(guò)程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)

展望未來(lái)，科技融合的無(wú)限可能

盡管AI在合成生物學(xué)中的應(yīng)用仍面臨諸多挑戰(zhàn)，但這一領(lǐng)域的無(wú)限潛力已初露鋒芒。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的深入拓展，我們相信AI與合成生物學(xué)的結(jié)合將為人類(lèi)帶來(lái)更加美好的未來(lái)。從疾病治療到環(huán)境保護(hù)，從能源開(kāi)發(fā)到生物制造，AI與合成生物學(xué)的科技融合正引領(lǐng)我們走向一個(gè)全新的生命科技時(shí)代！

泓迅生物：科技革命的推動(dòng)者

作為合成生物學(xué)領(lǐng)域的佼佼者，泓迅生物秉承“合成引領(lǐng)創(chuàng)新，創(chuàng)新服務(wù)大眾”的理念，不斷深化AI與合成生物學(xué)的融合創(chuàng)新，為客戶提供更加優(yōu)質(zhì)、高效的服務(wù)與產(chǎn)品。

我們先進(jìn)的設(shè)計(jì)和制造為客戶提供合成生物學(xué)賦能技術(shù)服務(wù)。從序列設(shè)計(jì)、基因合成到蛋白工程，從菌株改造到生物工藝優(yōu)化，助力科學(xué)家攻克更多科研難題！為生命科學(xué)研究、合成生物學(xué)開(kāi)發(fā)、抗體藥物篩選、疫苗研發(fā)、分子育種及DNA信息儲(chǔ)存等領(lǐng)域提供強(qiáng)有力的支持。

泓迅生物，您值得信賴的合作伙伴！

Reference
Garci?a Marti?n H, Mazurenko S, Zhao H. Special Issue on Artificial Intelligence for Synthetic Biology[J]. ACS synthetic biology, 2024, 13(2): 408-410.

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