人民健康是社会主义现代化的重要标志，其保障离不开坚实的科技支撑。党的十八大以来，习近平总书记高度重视生物医药产业发展，明确要求加快科技创新，特别强调“面向人民生命健康”加快推进健康中国建设，并指出“生物医药产业是关系国计民生和国家安全的战略性新兴产业”。在这一战略引领下，福建农林大学于2024年1月16日成立了蜂学与生物医药学院，旨在融合学校特色专业与生物医药发展方向，着力加强基础研究，提升科技创新能力，致力于在生物医药领域取得突破，确保掌握产业发展的核心技术。
近期，福建农林大学天然药物人工智造课题组与上海交通大学邓子新院士团队受邀在《天然产物报告》杂志（Natural Product Reports，影响因子10.2，5年影响因子11.3）发表了一篇重要综述，揭示了人工智能（AI）在天然药物小分子生物合成途径研究中的巨大潜力。这篇题为《加速分子洞察：AI在生物合成途径研究中的应用》的文章，全面探讨了AI技术，尤其是机器学习（ML）和深度学习（DL），如何革新科学家探索、设计和优化天然药物小分子生物合成途径的方式。
天然产物一直是制药开发的基石，它们通常源自微生物、植物和动物体内复杂的生物合成过程。然而，由于这些途径的复杂性和多样性，相关研究仍面临重大挑战。AI的引入为该领域开辟了新机遇，能够加速具有生物活性化合物的发现，包括药物、农用化学品及其他生物技术产品。
该综述重点讨论了AI在以下三个关键领域的应用：
1. 途径发现与挖掘：AI技术帮助研究人员探索庞大的基因组和宏基因组数据，揭示了先前未被发现的生物合成途径，并识别了新型生物活性化合物。
2. 途径设计：AI被用于设计新型生物合成途径，显著提高了酶的设计和代谢工程的效率。
3. 途径优化：AI通过处理海量数据，优化了生产过程，提升了生物合成的产量和效率。
作者强调，AI与实验方法的协同作用正在加速分子洞察，促进更精确高效的途径设计。随着AI的持续发展，它将进一步提升预测和优化复杂分子生物合成的能力，为药物发现和生产加速奠定基础。
文章特别提及了AI工具如AlphaFold2.0和DeepBGC的应用，它们正在改变研究人员预测蛋白质结构和识别产生生物活性天然产物的基因簇的方式。AI模型与多组学数据的结合，也使对复杂生物系统的理解更加深入，从而加速了新化合物的发现和优化。
“AI在生物合成途径研究中的作用可谓是革命性的，通过将先进AI技术与传统实验方法结合，我们正在释放寻找具有治疗应用的新型天然产物的巨大潜力。” 随着全球对新型治疗化合物需求的持续增长，AI在快速识别和优化生物合成途径中的应用，将在生物技术和制药产业的未来发展中发挥关键作用。
本研究由高江涛教授担任通讯作者，廖丽娟老师和三位硕士生谢孟君、郑晓珊和周曌为共同第一作者，上海交通大学微生物代谢国家重点实验室主任邓子新院士为共同作者，福建农林大学为第一完成单位。该研究获得国家重点研发项目合成生物学专项课题(2021YFA0910500)和山东大学微生物技术国家重点实验室开放课题(M2022-11)的资助。
蜂学与生物医药学院紧密围绕国家科技生物医药创新战略部署，持续优化科研环境，提升基础创新能力，推动前沿技术与科学成果转化应用。天然药物人工智造课题组积极响应学院战略，发挥人工智能技术优势，在天然药物小分子生物合成领域开展深入研究与技术创新。团队加强多学科交叉合作，利用人工智能与生物科技的融合优势，推动生物合成领域突破，为国家生物医药产业发展和生态文明建设提供科技支撑。
在争创国家“双一流”建设关键期，学院以科技创新为核心驱动，汇聚优秀科研人才，打造创新高地，推进国家健康中国战略和可持续发展目标实现。通过深化产学研一体化协同创新机制，致力于突破关键核心技术瓶颈，培育高水平科研成果，为保障人民健康福祉和推动国家生物医药产业高质量发展贡献福建农林大学的智慧与力量。
欲了解更多研究信息，请阅读全文 DOI: 10.1039/d4np00003j。