原副标题：微生物学家合作开发非线性结构设计演算法，11两分钟方可聚合高灵活性mRNA字符串
自新冠肺结核禽流感暴发以来，mRNA 抗生素技术迅速迈向前台，并赢得了非常大的成功。但其本身存在的一些难题，还未得到认真的科学研究，比如说 mRNA 具有不稳定Seiches水解等优点，会给抗生素产品的储存、物流配送以及科学性的充分发挥增添正面作用。
在此之前已近科学研究表明，强化 mRNA 另一方面核苷酸（包括 A、U、C 和 G）之间的优势互补张佩佩关系，能够提升蛋白质的抒发性。
不过，核苷酸代码系统的变化比较复杂，会给 mRNA 的结构设计增添非常大的计算考验。
通常情况下，两个胺基酸由两个核苷酸决定，两个核苷酸又由三个核苷酸组成，因此由数百个胺基酸构成的蛋白质，其核苷酸字符串的组成是非常多样化的，例如，新冠病原体刺突蛋白质的备选代码最少可达到 10 的 632 平方根。
为了解决上述难题，近期，斯微（上海）微生物陈煜有限公司（以下全称：斯细菌）、腾讯英国科学研究所、英国加利福尼亚华盛顿理工学院和英国罗切斯特理工学院等单位联合，合作开发了这款名叫 LinearDesign 的 AI 演算法，再加 11 两分钟，就能聚合代码刺突蛋白质的高灵活性 mRNA 字符串。
图丨LinearDesign 演算法用于 mRNA 字符串优
结果表明，使用该演算法结构设计的新冠病原体 mRNA 抗生素字符串，灵活性提升了 5 倍，蛋白质抒发水平提升了 3 倍，抗原化学反应提升了 128 倍。
2023 年 5 月 2 日，相关学术论文以《强化 mRNA 结构设计演算法提升灵活性和细胞毒》（Algorithm for Optimized mRNA Design Improves Stability and Immunogenicity）大篇幅在 Nature 上刊登，并赢得了测试版大步上架[1]。
斯细菌创办人、副董事长兼 CEO 李航文教授，前腾讯英国科学研究所优秀微生物学家、现加利福尼亚华盛顿理工学院校长兼 coderna.ai 创办人黄超出任学术论文的共同通信译者。据了解，黄超也是 LinearDesign 演算法的主要发明人。
“这是第一篇 AI 与 mRNA 字符串强化结合的学术论文，为今后 AI 在 mRNA 领域的诸多工作奠定了良好的基础。”李航文表示。
据李航文介绍，2020 年初，该公司启动新冠病原体 mRNA 抗生素项目,与上海东方医院及同济理工学院合作合作开发了第一代新冠病原体 mRNA 抗生素。
也正是在那时，该公司与腾讯英国科学研究所、加利福尼亚华盛顿理工学院和罗彻斯特理工学院决定开始将人工智能演算法应用到新冠 mRNA 抗生素的结构设计中，开展了此项合作。
他们先是确定了化繁为简的科学研究原则，决定抛开其他可能的影响因素，从最基本的物理原理出发，探寻 AI 和 mRNA 字符串强化结合的切入点。
“我们从能量模型开始，每条 RNA 字符串分子对应两个最低自由能，也就是其最稳定的结构，不同的字符串对应的结构不同，最低自由能也不同，而且字符串改变也意味着其核苷酸偏好性的改变。”李航文说。
然后，他们结构设计了一系列验证过程。一方面，由来自腾讯英国科学研究所的张贺和张亮等科学研究者，根据所设定的原则结构设计并强化演算法；另一方面，由斯细菌将赢得的抗生素强化字符串，在细胞和动物实验上进行验证，再将数据结果反馈回腾讯，帮助对方改进演算法。
图丨LinearDesign 演算法结构设计的新冠 mRNA 抗生素的
李航文非常看好 mRNA 这个领域。他表示该领域刚刚兴起，且其作为两个药物平台，拥有非常大的潜力。研发出首款 mRNA 新冠抗生素的 BioNTech 公司 CEO 兼联合创办人乌尔·萨欣（Ugur Sahin）也曾预计：“在 15 年内，三分之一的新获批药物将基于 mRNA 技术[2]。”
“字符串强化是 mRNA 的两个根本难题，也是人类未来通过 AI 改造生命功能的一个重要途径。所以一开始当腾讯提出开展合作时，我们立即就答应了。黄超团队主要聚焦演算法，我们则专注于 mRNA 的合成和验证等，我觉得我们之间的合作是两个非常典型的干湿结合的案例。”李航文说。
未来，基于这项科学研究，该团队希望扩大演算法的应用范围，比如说，环状 RNA 字符串结构设计。推进该技术在抗生素领域进一步应用的同时，他们也计划向蛋白质替代、基因编辑、细胞治疗等领域迈进。
除此之外，他们将在 LinearDesign 的基础之上继续提升，让这个演算法变得更加精准和有针对性。
“这些都只是第一步，实际上 AI 和 mRNA 还有很多可以结合的地方，比如说对 mRNA 5’端和 3’端的强化、mRNA 递送技术的强化以及 mRNA 个性化肿瘤抗生素等。我认为未来 AI 在 mRNA 领域的应用将会越来越广泛和深入。”李航文最后说。
参考资料：
1.Zhang, H., Zhang, L., Lin, A. et al. Algorithm for Optimized mRNA Design Improves Stability and Immunogenicity. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06127-z
2.https://www.spiegel.de/international/business/biontech-ceo-ugur-sahin-on-mrna-technology-we-have-opened-the-door-to-a-new-world-of-pharmaceuticals-a-2d732976-8796-4305-88b8-5a0fb915f553
http://research.baidu.com/Blog/index-view?id=184
