诺贝尔奖得主 David Baker：用 AI 设计自然界不存在的新分子
我们所知的自然世界，不过是一小部分可能存在的形态。基于这一理念，AI BioDesign 应声而出：这是一个将人工智能与大规模实验室实验相结合的科学项目，旨在设计并测试自然界中尚不存在、但物理和化学上可行的新分子和生物功能。
借此，研究人员致力于创建数据库、模型和工具，作为未来医药和技术的“种子”。作者们设想，例如，开发治疗癌症和神经退行性疾病的新型药物，或研发能够分解海洋中塑料的酶。
利用 AI，可以设计并构建自然界中不存在但技术上可行的蛋白质。
插图：Ian C. Haydon / 华盛顿大学医学中心蛋白质设计研究所该计划由位于西雅图的生物医学研究非营利组织 Allen Institute 牵头，与华盛顿大学和 Fred Hutchinson 癌症中心共同主导。David Baker 是这一领域的领军人物之一，他因在计算蛋白质设计方面的工作，分享了 2024 年诺贝尔化学奖。
在生物学的漫长历史中，科学家主要研究由数十亿年进化塑造出的解决方案。探索大自然从未产生的可能性，是一种根本性的新方法。随着技术使其成为现实，该领域的一位领袖甚至将这种方法的潜力与工业化、电气化和数字革命等历史变革相提并论。
不过，深入探索全新的生物学领域，也必然带来一些棘手的问题。WIRED 西班牙语版就此对话了 AI BioDesign 首席科学官 David Baker，探讨了这个话题以及其他相关问题。
以下访谈经过删节和编辑。
JORGE GARAY：AI BioDesign 试图探索自然界中从未存在过的分子和生物功能。涉足这片未知领域是否存在特定风险？科学家如何预判这些风险，并在设计的分子走出实验室之前采取哪些措施将其降到最低？
DAVID BAKER：生物学的迷人之处在于，自然界只探索了物理和化学上可能存在的一小部分，这为我们 designing 留下了广阔的空间。在探索这些可能性时，主要风险与任何新兴生物技术相比并无太大区别——比如与生命系统产生意外的相互作用、对环境造成意料之外的影响，或者被人滥用。
我们如今的优势在于，计算设计让分子还没被合成出来，就能先评估许多风险。我们可以通过计算筛选设计方案，在受控实验室环境中充分测试，并进行越来越接近真实场景的实验验证，然后再考虑任何实际应用。
David Baker，2024 年诺贝尔化学奖得主。
图片由 Allen Institute 提供项目提到了从新药、降解塑料的酶，甚至到生物计算机等各种可能性。如果我们设计新分子和新生物功能时的预测能力更强，你认为这种能力能带我们走多远？
我和团队在蛋白质设计领域设定了宏大目标：我们致力于构建一个新世界——在那里，针对新疾病的疗法只需数周即可研发成功，而无需数十年；空气、水和土壤保持洁净，因为我们清除了污染物，并重新设想了导致污染的工艺；农作物曾在致命条件下茁壮成长；分子机器则从废物中提取关键矿物，修复我们赖以生存的基础设施。
蛋白质是生命演化出的分子机器，已知地球上的所有有机物质都由其构建。要释放蛋白质的全部潜力，我们需要推导出工程原则，使包括目前尚未想到的创新理念在内的各种想法变得可行。
随着这些模型能力不断提升，AI 最终能否设计出连科学家自身都尚未完全理解的分子？如果可以，是否只需通过实验证明它们有效且安全就足够，还是你认为我们也需要理解其作用机制？
科学常分阶段进步，机器学推动蛋白质发展的过程也印证了这一点。第一步通常是观察到某事物有效，而理解其原因往往在后。机器学习特别擅长这一阶段——它极大地提升了我们观察并利用生物设计模式的能力。强有力的实验证据足以支撑项目向前推进，但深入理解始终是科学研究的重要目标。今天我们无法实现的诸多事项，往往源于对特定系统运行或失效的参数定义缺乏理解或数据。这正是 AI BioDesign 项目的核心所在。
所有蛋白质均由相同的氨基酸构成，但通过无数种组合方式，可创造出前所未有的结构。
ILLUSTRATION: Sanjay Srivatsan/Fred Hutchinson Cancer Center你认为是否存在某些分子或生物功能，即使技术上可行，也不应被设计出来？判断这条界限的标准应当是什么？
决策应基于潜在收益与潜在风险的权衡。那些致力于解决健康、可持续性或个人福祉领域重大挑战的应用，具备充分的发展理由。反之，那些对公共安全、安保或环境构成重大风险的设计，理应受到更严格的审查，在某些情况下甚至需要明确的限制措施。
正如我们为其他强大技术建立了治理框架，我们需要能够随着人工智能和生物技术进步而演进的治理结构。我主张，这些限制措施应包括对所有制造出的合成 DNA 进行监控和日志记录，以存档其序列及创建者信息。这不仅能人为制造一道阻碍滥用的实际屏障，还能为任何恶意企图留下记录。
本文最初发表于 WIRED 西班牙语版 ，并已由中文团队翻译。