首頁 > 活動資源中心 > 服務(wù)產(chǎn)品技術(shù)分享 > AI + 蛋白質(zhì)市場規(guī)模及應(yīng)用場景
AI + 蛋白質(zhì)市場規(guī)模及應(yīng)用場景
發(fā)布時間:2024-10-29

2024年諾貝爾化學(xué)獎授予戴維-貝克(David Baker)、戴米斯-哈薩比斯(Demis Hassabis)和約翰-朱伯(John M. Jumper),以表彰他們在蛋白質(zhì)設(shè)計和結(jié)構(gòu)預(yù)測領(lǐng)域做出的杰出貢獻。DeepMind團隊的AlphaFold3憑借其強大的結(jié)構(gòu)預(yù)測統(tǒng)一框架,為藥物開發(fā)開辟了新的可能性,并有可能顛覆當(dāng)前的藥物發(fā)現(xiàn)模式。

 

AI + 蛋白質(zhì)市場規(guī)模

目前,對蛋白質(zhì)的AI開發(fā)主要集中在預(yù)測蛋白質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)和功能,預(yù)測蛋白質(zhì)與其他生物大分子的相互作用,以及蛋白質(zhì)設(shè)計和蛋白質(zhì)組學(xué)分析等方面。在工業(yè)應(yīng)用中,“AI+蛋白質(zhì)設(shè)計 ”所占比例最高。目前,這些預(yù)測技術(shù)已更多地嵌入到現(xiàn)有的藥物開發(fā)和蛋白質(zhì)工程流程中。

 

根據(jù)MedMarket Insights的數(shù)據(jù),AI蛋白質(zhì)市場規(guī)模在2023年達到14.83億美元,預(yù)計到2031年將增長到178億美元,復(fù)合年增長率約為36.5%,這主要得益于AI宏模型對生命科學(xué)的高度適應(yīng)性。


 

數(shù)據(jù)來源: MedMarket Insights, 2023

 

從全球市場來看,美國是全球AI蛋白質(zhì)研究和應(yīng)用的領(lǐng)導(dǎo)者,約占市場份額的58%。歐洲占22%,亞洲(主要是中國和一些日本公司)約占12%的市場份額,英國和中東分別占4%和2%,其他地區(qū)占2%。

 

全球蛋白質(zhì)AI市場分布預(yù)測

 

數(shù)據(jù)來源: MedMarket Insights, 2023



AI + 蛋白質(zhì)應(yīng)用場景

隨著以深度學(xué)習(xí)為代表的AI(AI)技術(shù)的發(fā)展,為蛋白質(zhì)研究提供了另一種思路,帶來了方法、流程和思維的創(chuàng)新。特別是以 AlphaFold 為代表的突破性創(chuàng)新,AI在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測、優(yōu)化設(shè)計和組學(xué)研究方面取得了重大進展。同時,這些技術(shù)已經(jīng)從實驗室走向?qū)嶋H應(yīng)用,覆蓋了蛋白質(zhì)設(shè)計、藥物發(fā)現(xiàn)、合成生物學(xué)等多個領(lǐng)域。


1、蛋白質(zhì)設(shè)計

AI蛋白質(zhì)設(shè)計可分為兩個主要方向:蛋白質(zhì)優(yōu)化和蛋白質(zhì)從頭設(shè)計。

從功能到序列的蛋白質(zhì)設(shè)計只需要確定能實現(xiàn)該功能的氨基酸序列。蛋白質(zhì)優(yōu)化涉及修改天然序列(定向進化)以增強其特定功能,如增強親和力、提高催化活性和穩(wěn)定性。從零開始的蛋白質(zhì)設(shè)計,包括從結(jié)構(gòu)設(shè)計序列、從功能設(shè)計序列和從功能設(shè)計結(jié)構(gòu),這也是David Baker 教授及其團隊特別成功的領(lǐng)域。

 

2、藥物發(fā)現(xiàn)

AI蛋白質(zhì)預(yù)測和蛋白質(zhì)設(shè)計可以大大加快新藥研發(fā)的進程。通過預(yù)測蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能,模擬蛋白質(zhì)與其他生物大分子的相互作用過程,可以準(zhǔn)確確定藥物與靶點的結(jié)合位點,為藥物研發(fā)提供有力支持。此外,基于AI的端到端蛋白質(zhì)設(shè)計技術(shù)可以實現(xiàn)從無到有,設(shè)計出具有特定功能的蛋白質(zhì)類藥物。同時,將AI與蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)相結(jié)合,可以系統(tǒng)分析人體內(nèi)蛋白質(zhì)、疾病和藥物之間的關(guān)聯(lián),補充靶點庫,加速藥物研發(fā)進程。

 

約85% 的人類疾病相關(guān)蛋白質(zhì)靶點難以成為藥物,因為有些蛋白質(zhì)難以分析和觀察,即使使用電子顯微鏡和核磁共振等傳統(tǒng)方法,也只能觀察到其靜態(tài)結(jié)構(gòu)。AI技術(shù)為藥物發(fā)現(xiàn)和開發(fā)提供了新的工具和方法,以解決難以成藥的靶點,有望改變傳統(tǒng)的藥物發(fā)現(xiàn)模式,提高藥物發(fā)現(xiàn)的效率和成功率。

 

3、合成生物學(xué)

在合成生物學(xué)領(lǐng)域,通過精確控制和改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能,為農(nóng)業(yè)、食品和制藥業(yè)提供了創(chuàng)新解決方案。這具有巨大的應(yīng)用潛力和經(jīng)濟價值。

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,AI可以改良作物蛋白質(zhì),提高產(chǎn)量和質(zhì)量,減少環(huán)境污染。2021 年,NotCo 公司推出了AI平臺 Giuseppe,利用AI設(shè)計和預(yù)測植物性蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),模仿動物性食品中的營養(yǎng)成分和口感,為植物性食品的開發(fā)提供優(yōu)化建議。

在食品領(lǐng)域,AI可以幫助開發(fā)營養(yǎng)更豐富、成本更低廉的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)。合成生物學(xué)公司 Arzeda 在酶改性領(lǐng)域取得了重大成果,利用其先進的酶改性平臺開發(fā)出了可高效轉(zhuǎn)化甜味劑并降低生產(chǎn)成本的酶。此外,Arzeda 還為英國石油公司開發(fā)了新型酶,以提高石油開采和生產(chǎn)過程的效率。

 

如何將設(shè)計的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為“實際功能蛋白質(zhì)”?

1. 設(shè)計蛋白質(zhì)

? 功能位點鑒定: 第一步是確定蛋白質(zhì)的功能位點,該位點負責(zé)蛋白質(zhì)的生化活性。

? 序列設(shè)計: 研究人員利用深度學(xué)習(xí)算法設(shè)計氨基酸序列,使其能折疊成包含所需功能位點的三維(3D)結(jié)構(gòu)。這一步尤其具有挑戰(zhàn)性,因為它需要創(chuàng)建一個具有功能區(qū)(如活性位點或結(jié)合界面)的穩(wěn)定的整體支架,并設(shè)計一個可折疊成該結(jié)構(gòu)的序列。

 

2. 驗證和優(yōu)化

? 性能驗證: 在進行實驗之前,要對設(shè)計的蛋白質(zhì)進行計算驗證。這包括檢查蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性,確保功能位點位置正確,并預(yù)測其與其他分子的相互作用。

? 優(yōu)化: 在計算驗證的基礎(chǔ)上,設(shè)計可能會經(jīng)過幾輪優(yōu)化,以提高其穩(wěn)定性、功能性和在生物系統(tǒng)中的表達。

 

3. 合成與表達

? 基因合成: 獲得優(yōu)化的蛋白質(zhì)序列后,下一步就是合成相應(yīng)的基因。這可以通過DNA 合成技術(shù)來完成,目前這種技術(shù)已經(jīng)高度自動化,而且效率很高。

? 蛋白表達: 然后將合成的基因克隆到合適的宿主細胞(如細菌、酵母或哺乳動物細胞)中進行蛋白質(zhì)表達。在最佳條件下培養(yǎng)宿主細胞,以促進所需蛋白質(zhì)的高水平表達。

 

4. 純化和表征

? 蛋白純化: 表達后,利用各種生化技術(shù)(如層析和電泳)從宿主細胞中純化蛋白質(zhì)。這一步驟可確保蛋白質(zhì)不含污染物和雜質(zhì)。

? 表征分析:然后使用光譜、電泳和質(zhì)譜等各種生物化學(xué)和生物物理方法對純化的蛋白質(zhì)進行表征。這些方法可提供有關(guān)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性和功能特性的信息。

 

5. 蛋白功能測試

通過使用特定的檢測方法來測試蛋白質(zhì)的功能特性,以測量其活性或與目標(biāo)分子的結(jié)合親和力。這些檢測方法包括酶活性測量、結(jié)合實驗或細胞檢測。

 


泓迅生物

讓AI設(shè)計的蛋白質(zhì)“活”起來

泓迅生物結(jié)合AI設(shè)計和合成生物學(xué)的力量,提供從蛋白質(zhì)序列優(yōu)化、表達到功能驗證的全面支持,促進蛋白質(zhì)預(yù)測的下游應(yīng)用研究,讓AI設(shè)計的蛋白質(zhì)“活”起來。

 


Syno GS 平臺

AI-Drivern 深度 DNA 合成

Syno GS 平臺擁有多種智能生物分析工具,包括 Syno Ab、NG Codon、Complexity Index (CI) 和 AI-TAT。您只需提供想要合成的核苷酸或氨基酸序列,我們就會提供 100% 精確的基因序列,并克隆到您指定的載體中。精確的基因序列可以提高蛋白質(zhì)表達的準(zhǔn)確性和效率。


 

AI 驅(qū)動器深度 DNA 合成

 

Syno 蛋白平臺

實現(xiàn)從序列到結(jié)構(gòu)再到功能的轉(zhuǎn)變

泓迅生物提供細菌、酵母、昆蟲和哺乳動物四種蛋白質(zhì)表達系統(tǒng)選擇。從毫克到克,我們的合成生物學(xué)平臺和NG Condon 優(yōu)化技術(shù)可生產(chǎn)出高純度的活性蛋白質(zhì),加速您的研究。根據(jù)蛋白質(zhì)的性質(zhì)和客戶的具體要求,我們從一系列表達載體、表達宿主和融合標(biāo)簽中精心挑選,以提供最佳結(jié)果。我們?yōu)槭澜绺鞯氐目茖W(xué)家提供定制服務(wù)。


 

蛋白表達服務(wù)流程

 

Syno Ab 平臺

助力抗體發(fā)現(xiàn)

AlphaFold 擅長預(yù)測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),但無法模擬蛋白質(zhì)與其他蛋白質(zhì)或藥物分子相互作用時的變化。泓迅生物的 Syno Ab 抗體平臺以 AlphaFold 預(yù)測的抗原結(jié)構(gòu)為起點,解決了這一局限性。它以抗體生物醫(yī)學(xué)生物計算為支撐,有效模擬抗原-抗體對接,將計算技術(shù)與實驗方法相結(jié)合,幫助研究人員大幅降低抗體開發(fā)的總體成本,縮短開發(fā)周期。


 

服務(wù)流程


References

1.ABRAMSON, Josh, et al. Accurate structure prediction of biomolecular interactions with AlphaFold 3. Nature, 2024, 1-3.

2.CHEN, Lingtao, et al. AI-Driven Deep Learning Techniques in Protein Structure Prediction. International journal of molecular sciences, 2024, 25.15: 8426.

3. GOEL, Divya; KUMAR, Ravi; KUMAR, Sudhir. AI-Assisted Methods for Protein Structure Prediction and Analysis. In: Microbial Data Intelligence and Computational Techniques for Sustainable Computing. Singapore: Springer Nature Singapore, 2024. p. 365-391.

4. Yoshida Hiroyuki,[Deep Learning and AlphaGo].[J] .Brain Nerve, 2019, 71: 681-694.

5. Niazi Sarfaraz K,Molecular Biosimilarity-An AI-Driven Paradigm Shift.[J] .Int J Mol Sci, 2022, 23.

6. Liu Z, Zhang Y, Nielsen J. Synthetic biology of yeast[J]. Biochemistry, 2019, 58(11): 1511-1520.

上一篇
全國服務(wù)熱線:4000-973-630
項目咨詢:support@synbio-tech.com
商業(yè)合作:marketing@synbio-tech.com
質(zhì)量投訴:qc@synbio-tech.com
加入泓迅:hr@synbio-tech.com
技術(shù)服務(wù)
Syno?C 引物合成
Syno?GS 基因合成
載體構(gòu)建
高通量及DNA文庫構(gòu)建
RNA合成
mRNA合成
病毒包裝
多肽服務(wù)
重組蛋白表達平臺
抗體工程平臺
CRISPR基因編輯平臺
基因測序及分析
生物信息學(xué)分析與設(shè)計
產(chǎn)品中心
CRISPR文庫
CRISPR 質(zhì)粒
引物成品
ProXpress蛋白快速檢測
一站式解決方案
人全長重組膠原蛋白
小核酸原料一站式解決方案
重組蛋白表達一站式解決方案
CRISPR基因編輯篩選一站式服務(wù)
活動資源中心
促銷活動
訂單模板下載
宣傳資料下載
在線輔助工具
服務(wù)產(chǎn)品技術(shù)分享
產(chǎn)品服務(wù)視頻
常見問題FAQ
客戶發(fā)表文獻
關(guān)于泓迅
企業(yè)簡介
聯(lián)系我們
招賢納士
泓迅新聞
物流政策
隱私政策
版權(quán)所有 © 2024 蘇州泓迅生物科技股份有限公司 | 蘇ICP備14032156號-1
我們非常重視您的個人隱私,當(dāng)您訪問我們的網(wǎng)站時,請同意使用的所有cookie。有關(guān)個人數(shù)據(jù)處理的更多信息可訪問《隱私政策》接受