為千億酶缺口定製生物鑰匙！中國團隊首創AI零樣本酶設計方法

【環球網科技綜合報道】6月18日消息，近日，國際人工智能頂會ICML 2025公佈了本屆論文審稿結果，由“AI蛋白質摺疊奠基人”許錦波教授創立的AI蛋白質設計領軍企業分子之心（MoleculeMind）與香港理工大學聯合開展的研究取得重大突破，其研究成果“針對特定底物的檢索增強零樣本酶生成”被大會收錄，這一成果在AI酶設計領域具有里程碑意義。

打破生物經濟發展瓶頸，AI造酶勢在必行

酶，作為自然界中高效且環保的“分子機器”，是推動現代生物醫藥、綠色化工、環保降解、綠色農業等萬億級生物經濟發展的核心力量。然而，歷經數億年自然進化形成的天然酶，僅適用於自然界已知的反應。隨着新型塑料、特定藥物中間體、難降解污染物等不斷湧現的人造化學分子出現，天然酶的能力已難以滿足需求，酶的侷限性成為生物製造領域亟待突破的瓶頸。

麥肯錫調研數據顯示，“缺乏理想生物催化劑”是生物產業規模化生產的主要障礙，僅製藥、化工、農業領域因酶限制導致的年產能損失就超過千億美元。傳統的酶發現與優化方法，如定向進化或理性設計，不僅耗時數月、成本高昂，還高度依賴專家經驗，成功率不足1%，面對全新底物時更是幾乎無能為力，無法滿足產業發展的迫切需求。

近年來興起的AI蛋白質設計為酶精準生成帶來了新的希望。AI方法可通過學習大量已知酶的結構-功能關係來生成新的催化劑，使從頭設計具有特定催化功能的酶成為可能。但AI的訓練高度依賴已知的酶-底物配對數據，面對全新的人造分子時，AI模型常因缺乏訓練數據而陷入困境。

首創AI零樣本酶設計方法，開啓新酶生成新篇章

針對新酶生成在沒有直接催化數據條件下的核心難題，分子之心聯合香港理工大學，巧妙融合生物信息大數據檢索與生成式AI，創新性地提出了一種全新的AI酶設計方法——“SENZ”。相關論文已被ICML收錄。

SENZ摒棄了當前主流的基於蛋白質相似性生成方法，轉而基於底物結構相似性檢索、創造功能相關的酶，打通了從“未知底物”直達“超級酶”的設計通道。該方法引導AI從“相似分子”的催化密碼中解構核心規律，再重組為征服全新目標底物的“分子鑰匙”，具備三重創新機制：首先，基於全球龐大的酶數據庫，鎖定那些雖無法直接催化目標分子、但底物在結構上與目標分子高度相似的已知酶，為酶設計提供“結構藍圖”；其次，在一個獨創的酶-底物分類器的精準指導下，總結出生物反應的底層規律，構建“生物反應圖譜”；最後，藉助生成式AI設計出能夠高效、精準地催化目標底物的全新酶蛋白。

研究團隊為驗證SENZ的先進性，設計了一個自然界不存在的污染物剋星。甲基膦酸鹽是一種難以降解的環境污染物，至今未發現有效的降解手段和高效的天然降解酶。團隊將SENZ的設計結果與基於Transformer和蛋白質語言模型的無條件生成方法、結構生成方法等多種主流酶設計方法進行了對比，結果顯示，SENZ生成的酶顯著優於基線和天然酶。

香港理工合作團隊表示，SENZ的成功相當於為每個化學分子都配備了一把專屬的鑰匙，生物製造有望擺脱對自然進化的依賴。在醫藥領域，可為複雜、難合成藥物分子快速設計高效的酶催化路徑，大幅降低生產成本，加速新藥上市；在環保領域，可量身定製可高效降解塑料等頑固污染物的“超級酶”，為環境治理提供生物利器；在生物製造領域，可賦能生物基材料、精細化學品、食品添加劑等的綠色、高效生產。

持續創新，拓展“按需設計”能力

SENZ只是分子之心設計的“生物鑰匙”之一。目前，分子之心已經研發了十多種兼具首創性和產業價值的AI蛋白質設計新方法，包括全球首個多模態AI蛋白質基礎大模型NewOrigin，和業界首個功能完善的一站式AI蛋白質預測、優化、設計技術平台MoleculeOS等。

依託這些前沿技術，分子之心已與凱賽生物等十餘家生物製造、生物醫藥領域的頭部企業深度合作，開發產業亟需的“超級蛋白”。例如，在生物製造領域，分子之心與凱賽聯合優化了一個關鍵酶蛋白，相對於野生菌，AI設計的一個蛋白結構使菌種產率提高了5倍，有望進一步提升產品的商業收益。在藥物研發領域，分子之心與藥企聯合攻關，用AI解決蛋白疫苗穩定性難題，僅用三天就設計出數十個理想的候選蛋白，且表現出更高的中和抗體滴度和更強的細胞免疫力，突破了相關疫苗穩定性專利。

分子之心創始人許錦波教授透露，未來三年，分子之心將把“按需設計”能力擴展至抗體、疫苗、工業酶全領域，持續鍛造設計生物分子的AI新引擎，為應對健康、環境與可持續發展的重大挑戰提供全新的“生物解決方案”。（文智）