长期以来,药物研发一直深陷“高风险、高投入、低成功率”的困境,在靶点发现与先导化合物筛选阶段,受限于传统工具的计算能力,绝大多数潜在靶点和化合物难以被充分探索,一款新药从研发到上市往往需要耗费十余年时间,投入数十亿资金。而人工智能的介入,彻底打破了这一僵局,以精准计算和超高效率,重构了药物研发的全流程,让“快速发现新药”从梦想照进现实。
最具代表性的便是清华大学团队研发的AI驱动超高通量药物虚拟筛选平台DrugCLIP,这款平台创新性地构建了蛋白口袋与小分子的“向量化结合空间”,将传统基于物理对接的筛选流程转化为高效的向量检索问题,结合对比学习、3D结构预训练与多模态编码技术,能在三维结构层面精准建模蛋白-配体间的相互作用,筛选速度较传统方法实现了百万倍提升。在128核CPU+8张GPU的计算节点上,它能实现毫秒级打分与万亿级日吞吐能力,筛选100万个候选分子仅需0.02秒,日处理能力达31万亿次,相当于把传统“大海捞针”式的筛选,变成了“精准导航”般的高效匹配。
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在实际应用中,DrugCLIP的表现更是惊艳。团队与清华大学生命科学相关团队合作,在去甲肾上腺素转运体(NET)的临床相关靶点上开展生物实验验证,从160万个候选分子中筛选出约100个高评分分子,经同位素配体转运实验检测,其中15%为有效抑制剂,更有12个分子的结合能力优于现有抗抑郁药物安非他酮,相关复合物结构已通过冷冻电镜解析,充分验证了其筛选结果的生物学可信度。针对E3泛素连接酶TRIP12这一多种肿瘤、帕金森综合征的潜在靶点——此前该靶点缺少已知的小分子配体和复合物结构,团队通过DrugCLIP从160万个候选分子中筛选出约50个高评分分子,经SPR实验证实,其中10个分子与TRIP12有结合能力,两个亲和力较高的分子还能抑制TRIP12的泛素连接酶活性。
更值得关注的是,依托DrugCLIP平台,团队首次完成了人类基因组规模的虚拟筛选项目,覆盖约1万个蛋白靶点、2万个结合口袋,分析超过5亿个小分子,富集出200万余个高潜力活性分子,构建了目前已知最大规模的蛋白-配体筛选数据库,且该数据库已面向全球科研社区开放,为基础研究与早期药物发现提供了强大的数据支持。如今,DrugCLIP平台已免费开放,用户无需本地部署,通过网页上传蛋白结构即可启动筛选任务,广泛适用于科研机构与企业用户。
AI的介入,不仅大幅缩短了药物研发的周期、降低了研发成本,更让那些曾经无药可医的疑难病症有了被攻克的可能。从AlphaFold结构预测到DrugCLIP的虚拟筛选,AI正打通药物研发的关键通道,推动创新药物发现进入后AlphaFold时代,以技术力量守护人类健康,改写全球药物研发的行业规则。
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