杭州日报|西湖欧米:AI “钥匙” 开启微观世界大门

2024.07.09

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      科研人员操作着压力循环装置,从约半个米粒大小的生物样本中提取蛋白质组……在西湖欧米(杭州)生物科技有限公司(以下简称 “西湖欧米”)的实验室,可以看到压力循环装置、质谱仪等硬件设备,也能看到AI(人工智能)模型、云平台等软件应用。

      这家与蛋白质组打交道的准独角兽企业,是专注于AI赋能的微观世界数据公司。简单来说,该公司通过运用AI处理蛋白质组大数据,助力精准医学和药物研发。

      “关于蛋白质组的研究,很前沿也很 ‘古老’。人类在研究基因组之前,研究最多的就是蛋白质组,但一直存在技术难点。我们现在做的,就是对蛋白质组进行高通量的分析。” 晚上7点,西湖大学医学院、生命科学学院长聘副教授,西湖实验室智能蛋白质组中心主任,西湖欧米创始人郭天南博士带记者进入了他和团队孜孜探索数年的微观世界。

 

来源|杭州日报
责任编辑|毛郅昊
审核|赵文浩 吴静


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AI+蛋白质组学
助力精准诊疗和药物研发

如果没有望远镜,我们不知道宇宙中有那么多星球,地球只是其中之一;如果没有蛋白质组的技术,我们不知道,细胞里还有另外一个世界——数以万计的各种蛋白质,无时无刻不在运动,共同决定着人体的健康状态。

蛋白质组,即一个基因组表达的全套蛋白质。如果把基因比喻为一张静态的 “蓝图”,那么,蛋白质组则是这张蓝图在现实中的动态演绎。

在科学研究的前沿,研究者们正引领着一场革命,其核心就在于揭示微观世界的奥秘——蛋白质组。2017年,郭天南归国,持续专注于优化和改进蛋白质组技术,在技术开发和应用上做出了多项原创性成果。

以往,由于技术限制,人们无法全面捕捉蛋白质组的动态变化。如今,快速发展的AI,打开了那扇通往微观世界的大门。

“蛋白质组是动态的,这是它的特点也是优势。借助AI,我们可以更好地对蛋白质组进行理解。” 郭天南说,他和团队正在探索AI赋能的蛋白质组学,助力疾病的精准诊断治疗以及药物的研发。

比如,通过使用AI和蛋白质组检测技术,可以在临床试验阶段提前筛选出具有潜力的候选药物,提高新药临床试验的成功率。此外,AI还能帮助研究人员寻找新的靶点、开展药物追踪等,通过识别患者的蛋白质变化,实现个性化治疗方案,以及优化药物组合,减少联合用药的尝试次数等。

今年1月,郭天南团队与中国科学院大学附属肿瘤医院(浙江省肿瘤医院)程向东、徐志远团队合作,Microbiome(《微生物组》)上发表了舌苔宏蛋白组学多中心研究成果。

该团队通过宏蛋白质组学分析,揭示了舌苔中人类和微生物蛋白的差异,发现了与胃癌风险相关的微生物菌群,并建立了基于舌苔微生物蛋白的机器学习模型,为胃癌的非侵入性诊断提供了新的方法。

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AI赋能甲状腺结节诊断
良恶性诊断准确率提升至90%左右

AI+蛋白质组学的创新,不只存在于实验室,也正在向市场迈进。

甲状腺结节是一种常见病。相关资料显示,国内每5个成年人中可能有1人患有甲状腺结节。其中,约60%的甲状腺结节是良性的,10%的甲状腺结节是恶性的,而剩下约30%的甲状腺结节,无论通过血液检测、B超、CT还是甲状腺组织穿刺活检,都难以辨别到底是良性还是恶性。

为了解决这一难题,西湖欧米通过蛋白质组结合AI技术,创新开发出新型分子诊断产品 “甲谱诺”。这一突破性研究成果,将结节良恶性诊断的准确率提升到90%左右,能帮助大部分原本难以判断良恶性的患者免受手术之苦。

这一过程中,质谱和AI技术扮演了至关重要的角色。据介绍,质谱仪如同一台超级 “显微镜”,能精确捕捉到蛋白质的变化。AI充当了 “大脑”,通过深度学习和数据分析,将海量蛋白质组信息转化为检测报告,判断出风险高低。

“对甲状腺结节进行判断时,我们引入了多个参数,可以检测多个蛋白联合基因。” 郭天南拿起一个矿泉水瓶打比方,“用一个手指拿不起瓶子,我们可以用三四个手指一起。每个手指与瓶体的接触点,就像AI模型的一个参数。”

多参数、多指标之下,就需要借助AI模型开展分析、解读。同时,通过对已知数据的训练,该模型给出的判断会越来越精准。

当前,西湖欧米已联合全国多家三甲医院开展了 “甲谱诺” 产品的性能验证工作,并积极推进产品的注册进程。

西湖欧米对此类创新技术的应用并不止步于此,该公司还将推动阿尔茨海默病(老年痴呆症)、肺癌等多种疾病的体外诊断试剂和方法的开发。


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记者手记
点亮更多 “路灯”

你也许听过这则寓言故事:一天晚上,有个醉汉在公园的路灯下寻找丢失的钥匙。警察帮忙了也找不到,于是问他:“你确定钥匙是在路灯下丢的?” 醉汉说:“不,但是这里的光线最亮。”

这就是著名的街灯效应,用来比喻人们更倾向在便于寻找答案或熟悉的地方开展研究和探索。

采访中,郭天南教授坦言,生命科学的研究中同样存在街灯效应。比如,研发治疗肿瘤的药物时,作用对象往往是那些已被研究得相对深入的蛋白质,但事实可能是,靶点是另一种未被发现的蛋白质。

如果没有工具,永远只能在这盏 “路灯” 下寻找答案。郭天南和团队的理想是建立更多基于蛋白质组微观世界的AI模型,为公园点亮更多 “路灯”,甚至,引入一个光源。

随着技术的快速发展,理想正一步步向现实迈进。AI,不仅推动着基础科学研究突破,而且驱动着前沿科研成果的落地应用,为生物医药产业发展注入强大动力。

当前,杭州正加速布局未来产业和前沿技术,加快AI+医疗产业链深度应用,鼓励企业布局AI+医疗等前沿赛道。

正是AI的赋能,让这种微观世界里的探索成为可能。AI,正在改变我们的生活,也改变着我们对生命、对健康的理解。


▼ 本文原载于《杭州日报》,西湖欧米获权转载。

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