全球首个无需蛋白结构的AI制药模型开放:一天可筛3.4亿化合物

首页 / AI资讯 / AI4S

0:00
0:00
1x
定时

10月初,总部位于西雅图的AI制药公司Talus Bio宣布把自研模型Ptarmigan-1放上公开门户,向研究社区开放使用。公司给出的定位相当大胆:这是首个不需要蛋白三维结构的AI药物筛选模型。它只凭蛋白序列和化合物的化学式,就能判断哪些小分子会结合、结合在哪个位置。这项能力的意义在于,把可成药性判断的前提,从能否获得可靠结构,改写为能否在序列与化学空间中建立相互作用映射,让大量缺乏稳定结构的靶点第一次进入系统筛选的范围。

为什么不要三维结构:一半靶点的困境

传统虚拟筛选的流程高度依赖结构:先获得蛋白的三维构象,找到可以装小分子的结合口袋,再逐个化合物做对接打分。AlphaFold等结构预测模型的进步让结构获取容易了很多,但问题没有根治。据公司科学顾问团队估算,约四成人类蛋白缺少可供建模的稳定结构,它们要么是内在无序蛋白,要么结合口袋柔性太大、构象漂移不定。另一组更扎眼的数据是:约两万个人类蛋白中,87%既没有获批药物,也没有强效小分子配体,大量疾病相关靶点事实上处于无药可用的状态。

结构方法的局限还体现在化学空间上。它擅长处理已有三维复合物数据的化学类型,对于全新骨架的化合物,打分可靠性明显下降。业内把这种耦合称为结构与化学类型的绑定:方法强不强,取决于你研究的蛋白恰好有没有好结构。Ptarmigan-1要打破的正是这个绑定,让筛选能力不再以结构可用为前提。

技术路径:把筛选变成一次建图反复查询

具体做法是把问题搬进机器最擅长的空间。模型用两个编码器分别处理蛋白序列与小分子的化学式表示,把每个残基和每个化合物投影到同一个256维潜在空间里,训练目标非常直接:真实结合的分子和残基,在空间中的距离要最近。这样筛选就不再是逐对模拟,而变成一次建图、反复查询,类似在地图上找最近的门店,而不是为每家店重新计算距离。

训练数据的来源是这个模型的另一处独到设计。公司大量使用化学蛋白质组学数据,在活细胞环境里直接测量小分子与蛋白的结合位点,而不是只依赖试管里的生化实验。这让模型学到的是蛋白在真实细胞环境里在哪里被结合,而不只是 purified 体系下是否结合。公司自研的MARMOT平台负责产出这类数据,覆盖肿瘤与自身免疫等疾病方向的活细胞测量,数据与方法形成了闭环。

速度:10毫秒对54秒,算力成本塌缩

效率是这套路线最直观的收益。据公司预印本的基准测试,在单张英伟达H100显卡上,Ptarmigan-1对单个化合物完成打分平均只需约10毫秒,而传统结构对接方法对同一化合物处理一个蛋白靶点大约需要54秒,两者相差三个数量级以上,整体速度约为结构方法的5000倍。换算成产能:一张显卡一天之内可以对全部人类蛋白完成3.4亿个化合物的筛选,这在结构方法下是不可想象的算力开销。

算力成本的塌缩会直接改变药物发现的探索方式。过去受限于算力,团队只能对少数靶点、小规模化合物库做精细筛选;现在可以反过来,先用极低成本在大范围里撒网,再把算力集中在少数高价值假设上。筛选从瓶颈变成日常操作,实验资源得以投向真正值得验证的候选。

STAT6案例:从未见过的靶点也能挑出活分子

模型的真实成色需要实验说话。公司把Ptarmigan-1用在一个近期披露的炎症疾病靶点上:STAT6,一个以结合口袋柔性大、难以建模著称的转录因子。测试设置相当苛刻,模型在训练中没有见过这个靶点,也没有见过参与测试的分子。结果显示,模型挑出的候选分子表现优于结构方法给出的排序,其中还包括结合到STAT6柔性口袋的新颖小分子,这些候选随后由独立第三方实验室完成了验证。

这个案例的说服力在于它测试的是方法的短板场景。如果模型只在熟悉的靶点上表现好,价值会大打折扣;能在从未见过的难建模靶点上给出可用候选,才说明它学到的是可迁移的结合规律。科学顾问团队成员、业内知名药物研发专家对此的评价是,跳过结构不仅意味着够到新靶点,还意味着够到新的化学类型,研究者可以检验的假设数量被成倍放大。

开放访问的边界与团队背景

需要说明的是,这次开放采取的是门户访问形式,模型权重与代码并未公开,属于开放使用而非开源。研究者可以通过网页提交蛋白序列与化合物,获得结合预测,但无法自行部署或修改模型。这种模式在AI制药公司中越来越常见:开放入口换取学术影响力与潜在合作线索,同时保住核心资产。对学术用户来说,能用上免费的高质量预测已经解决了大问题。

公司背景也值得一提。Talus Bio成立于2020年,由两位年轻科学家联合创立,一位是哈佛化学生物学博士、MARMOT平台的主要发明人,另一位来自知名研究所的蛋白质组学团队。公司在2024年完成1120万美元种子加轮融资,项目获得美国国立卫生研究院资助。团队目前的策略是把开放门户作为获客漏斗,制药公司如果验证有效,自然会走向商业合作。从更长的时间线看,无结构筛选如果被行业广泛采用,会重塑虚拟筛选工具的竞争格局:比拼的不再是谁的结构预测更准,而是谁的结合数据更多、检索更快。Ptarmigan-1迈出了第一步,接下来就看有多少实验室愿意把它们的靶点交给这个模型。

素材来源:智药局、生辉、DeepTech深科技 发布时间:2026-10-03