人体每个细胞里,都有一批日夜奔波的“快递员”,不断传递生命信息。一旦“送错货”或“送货出问题”,人就可能生病。

本地科学家研发出一套可破解这些“送货密码”的人工智能工具,并用于开发癌症心血管疾病的新药。

这些“快递员”名叫核糖核酸(Ribonucleic Acid,简称RNA)。冠病疫情期间,广为人知的信使核糖核酸(mRNA)疫苗中,主角正是它。

RNA进入人体后,会先“告诉”细胞病毒的样貌,让身体提前建立防线。不过,在新加坡科技研究局(A*STAR)科学家希基奇教授(Mile Sikic,53岁)看来,RNA的作用远不止于疫苗。

他说:“疫苗是直接把RNA当作药物来预防疾病,但我们也可利用RNA,开发包括癌症在内的重大疾病治疗方法。”

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团队半年建成全球最大RNA模型

来自克罗地亚的希基奇,现为新科研属下新加坡基因组研究院计算与人工智能部助理主任。

去年,他带领本地与克罗地亚的萨格勒布大学(University of Zagreb)的五名研究员,仅用半年时间,开发出目前全球规模最大的RNA人工智能语言模型——RiNALMo,用来预测和解析RNA的结构与功能,也就是破解“送货密码”。

人体有约3000万亿至4000万亿个细胞。每个细胞只有头发丝直径的十分之一大小,内部却像一座精密工厂:细胞核里的脱氧核糖核酸(DNA),负责保存生命信息的“原始档案”,RNA则把信息“送”给蛋白质,蛋白质接到指令后,执行输送营养、构成器官和形成免疫反应等关键任务。

与数量相对有限、已被广泛研究的DNA“存档密码”不同,RNA的“送货密码”变化多端、数量庞大,因为细胞不断产生新的RNA分子。为了找出这些复杂规律,希基奇团队利用人工智能技术,分析了3600多万段RNA序列,建立起可预测RNA结构和功能的模型。

希基奇说:“如果把RNA看成一门外语,RiNALMo就像一个通过学习大量语句后,能预测语法、写文章,甚至写诗的工具。”

他指出,许多疾病虽然源自DNA出现问题,但问题往往通过RNA表现出来。换句话说,从“送货过程”中,科研人员可追溯病因,甚至把RNA本身作为药物靶点,为癌症等重症寻找新疗法。

相关论文已于去年7月刊登在英国科学期刊《自然通讯》(Nature Communications)。项目经费主要来自新科研和克罗地亚科学基金会。

目前,团队正利用这套新工具,推动癌症与心血管疾病新药研发。

与此同时,新加坡基因组研究院计算与人工智能副主任纳塔拉詹博士(Niranjan Nagarajan),也在新科研资助下,用四年时间带领十多人团队,开发出可读取“非常规”DNA信息的方法,相关论文同样于去年7月发表在《自然通讯》。两项技术结合,有望加快新药研发进程。

中国科学院院士:两研究为生命科学提供关键工具

中国科学院院士、复旦大学生命科学学院微生物组中心主任赵国屏教授,接受《联合早报》访问时指出,这两项研究为生命科学领域提供重要工具,不仅加深对遗传机制的理解,也为新药研发中的难题提供新思路。

他说,RNA工具可帮助科学家从海量数据中,筛选出与疾病密切相关的关键RNA,作为新的治疗靶点;DNA工具则把研究范围从传统碱基(一种构成遗传信息的基本单位)序列,扩展到包含非经典碱基的复杂系统,让人们能更深入解读遗传信息。

“这两项研究将为许多曾经的不治之症带来新希望……也让我们能更自由地‘书写’和‘阅读’扩展的遗传密码,为精准医疗提供支持。”