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學(xué)術(shù)動態(tài)



計算模擬全新多肽：在自然法則框架下的定向創(chuàng)造與拓展

計算模擬產(chǎn)生的全新多肽，既非純粹的 “自然揭示”，也非絕對的 “憑空創(chuàng)造”，而是在自然規(guī)則指導(dǎo)下，對人類已知生物化學(xué)空間的定向拓展與創(chuàng)造。

這一結(jié)論的得出，可通過對比 “揭示自然可能” 與 “人類純粹創(chuàng)造” 兩種視角，深入理解計算模擬多肽的本質(zhì)內(nèi)核：

視角

核心理念

關(guān)鍵論據(jù)

揭示自然可能

所有可能的、穩(wěn)定的多肽結(jié)構(gòu)本就存在于 “化學(xué)可能性宇宙” 中，計算只是幫助我們發(fā)現(xiàn)它們

1. 遵循自然法則：計算模擬完全基于已知的物理化學(xué)原理（如分子力場、量子力學(xué)）

2. 受限于自然：其折疊、與靶點的結(jié)合方式，必須符合自然界的相互作用規(guī)律

3. 驗證即存在：一旦被合成并在實驗中被證明穩(wěn)定、有效，它就成為自然界 “可能存在” 的一個實例

人類純粹創(chuàng)造

這些序列在自然進化中從未出現(xiàn)，是人類用智慧和工具全新設(shè)計的產(chǎn)物

1. 主動設(shè)計：目標是解決特定問題（如靶向某個蛋白口袋），是高度目的性的工程

2. 探索未知空間：計算能力允許我們系統(tǒng)性地探索自然進化未曾踏足的、非直觀的序列區(qū)域

3. 超越進化：無需經(jīng)歷自然選擇的漫長優(yōu)化過程，可直接設(shè)計出在自然界進化壓力下未必會出現(xiàn)、但對人類疾病有奇效的分子



科學(xué)實踐：兩種視角的融合與拓展

在實際科研場景中，上述兩種視角并非對立，而是深度融合。
《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）曾刊載一項研究成果：科研人員利用人工智能技術(shù)設(shè)計出全新抗菌肽，這類多肽在自然界中并無對應(yīng)物，但其結(jié)構(gòu)與已知天然抗菌肽存在共性。這一案例清晰證明，人類在計算模擬多肽的過程中，是在自然規(guī)則劃定的 “游樂場” 內(nèi)，系統(tǒng)性探索那些被自然進化 “忽視” 或 “未觸及” 的領(lǐng)域。
從本質(zhì)上看，計算模擬是在 “閱讀” 自然的規(guī)則手冊（物理化學(xué)原理）后，動手 “編寫” 新的、合理的 “句子”（多肽序列）。

設(shè)計策略的哲學(xué)光譜：從 “揭示” 到 “創(chuàng)造” 的梯度分布

這種融合關(guān)系，在計算模擬多肽的三種主要設(shè)計策略中體現(xiàn)得更為清晰，呈現(xiàn)出一條從偏向 “揭示” 到接近 “創(chuàng)造” 的哲學(xué)光譜：
  1. 從頭設(shè)計：最接近 “創(chuàng)造” 的一端?？蒲腥藛T給定目標三維結(jié)構(gòu)或功能（如 “緊密結(jié)合某病毒蛋白”），從零開始生成全新多肽序列。這類產(chǎn)物大概率是自然進化從未產(chǎn)生的，但它們能形成穩(wěn)定構(gòu)象的特性，本身就是自然法則允許其存在的證明。
  2. 基于天然模板的理性設(shè)計：更偏向 “揭示” 的一端。通過分析天然多肽的結(jié)構(gòu) - 功能關(guān)系，對關(guān)鍵位點進行突變，以此優(yōu)化多肽性能，比如增強穩(wěn)定性、降低免疫原性。這一過程，本質(zhì)是探索天然模板周圍的 “生物化學(xué)可能性空間”。
  3. 虛擬篩選與 AI 生成：位于光譜的中間地帶。借助技術(shù)手段從海量虛擬多肽庫中篩選候選序列，或由人工智能模型自主生成新序列。AI 模型雖從自然數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)規(guī)律，但其生成的新穎序列組合，往往超出人類直覺范疇，可視為對自然可能性空間的一次 “高效測繪與填充”。

結(jié)論與啟示：開啟藥物研發(fā) “按需定制” 新時代

綜上，計算模擬全新多肽的哲學(xué)意義在于：它以自然法則為邊界和工具，實現(xiàn)了人類認知與實踐能力的重大拓展。
這一技術(shù)突破，對藥物研發(fā)領(lǐng)域的啟示具有革命性意義：人類不再僅僅是從自然界 “篩選” 藥物，而是邁入 “按需定制” 藥物的全新階段。例如，為難以成藥的靶點 “量身定做” 特異性結(jié)合肽，或設(shè)計在人體內(nèi)更穩(wěn)定、靶向性更強的治療分子。
這種 “定向創(chuàng)造” 的能力，正是破解藥物研發(fā) “內(nèi)卷” 困局、滿足未竟臨床需求的關(guān)鍵所在，更將催生出具有全球競爭力的源頭創(chuàng)新成果。
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