國藥集團(tuán)動(dòng)物保健股份有限公司（簡稱“國藥動(dòng)?！?#xff09;是專業(yè)從事動(dòng)物保健產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的國家高新技術(shù)企業(yè)，是國內(nèi)少數(shù)幾家具備新產(chǎn)品原創(chuàng)能力的動(dòng)物保健企業(yè)。其中，豬圓環(huán)病毒滅活疫苗等市場份額位居行業(yè)前列。

“豬圓環(huán)病毒類疫苗是我們的拳頭產(chǎn)品，疫苗的上市速度、有效性及普惠的價(jià)格得到了市場的認(rèn)可，市場份額位居行業(yè)前列?！眹巹?dòng)保營銷中心總經(jīng)理介紹到。

在新疫苗研發(fā)工作中，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)解析被視作先決條件。傳統(tǒng)解析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法主要有三種：即核磁共振、X射線衍射學(xué)、冷凍電鏡三維重構(gòu)。但這三種方法，往往依賴大量試錯(cuò)和昂貴的設(shè)備，不僅對實(shí)驗(yàn)人員的技能、設(shè)備精準(zhǔn)度要求極高，而且檢測時(shí)間也需要耗費(fèi)數(shù)月甚至數(shù)年。其高額的投入制約了新型疫苗的研發(fā)速度和結(jié)構(gòu)疫苗學(xué)的發(fā)展。

近年來，人工智能技術(shù)不斷深入科學(xué)領(lǐng)域，極大提高了人們對自然現(xiàn)象進(jìn)行建模和解析的能力。自2020年起，AI技術(shù)逐步被應(yīng)用于蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)解析，其分析精度達(dá)到了結(jié)構(gòu)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的測量精度。

“傳統(tǒng)的冷凍電鏡方式，我們獲得蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)主要需要經(jīng)過生物制樣、樣品冷凍、電鏡拍攝、數(shù)據(jù)分析幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，進(jìn)行一次完整的流程，至少需要耗費(fèi)十多天，并且還是每個(gè)環(huán)節(jié)都順利進(jìn)行的情況；此外，一個(gè)疫苗環(huán)節(jié)的研發(fā)過程中，需要反復(fù)多次這樣的環(huán)節(jié)。對比AI技術(shù)的引入后，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)可通過AI技術(shù)進(jìn)行解析，關(guān)鍵環(huán)節(jié)壓縮到基因測序、蛋白質(zhì)預(yù)測兩個(gè)環(huán)節(jié)。我們在動(dòng)物疫苗的研制中引入AI技術(shù)，希望使用業(yè)界一流的AI平臺(tái)，高效的進(jìn)行疫苗的研發(fā)?！?國藥動(dòng)保研發(fā)中心主任表示。

自2022年下半年開始，國藥動(dòng)保就陸續(xù)與相關(guān)的供應(yīng)商進(jìn)行了接觸與交流，希望能夠找到一個(gè)既滿足企業(yè)當(dāng)前的需求、同時(shí)又具有良好經(jīng)濟(jì)性的解決方案。通過多方了解和比較，“思符（SiFold）蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測平臺(tái)”（簡稱“思符”）進(jìn)入國藥動(dòng)保選擇的范圍。

“思符”是華為與武漢伯生科技基于昇騰AI聯(lián)合研發(fā)，推出的可應(yīng)用于生物醫(yī)藥研發(fā)的AI蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測平臺(tái)。該平臺(tái)依托于昇騰AI，實(shí)現(xiàn)了一鍵式蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測功能，在支持超長序列結(jié)構(gòu)預(yù)測的同時(shí)，提供多序列結(jié)構(gòu)預(yù)測、AI預(yù)測功能合作定制、進(jìn)化的AI預(yù)測體系等服務(wù)。在武漢人工智能計(jì)算中心、昇騰AI異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)CANN的支持下，思符已成功實(shí)現(xiàn)3800+蛋白質(zhì)氨基酸長度的預(yù)測。而自然界已知的蛋白質(zhì)氨基酸長度基本不超過3000，因此可滿足絕大多數(shù)場景需求。以典型長度（900蛋白質(zhì)氨基酸長度）為例，預(yù)測精度與AlphaFold2模型持平，預(yù)測效率相較業(yè)界同類方案提升兩倍多。

?經(jīng)過綜合考量，國藥動(dòng)保最終選擇思符平臺(tái)進(jìn)行新一代豬圓環(huán)病毒疫苗的研發(fā)。在對豬圓環(huán)病毒蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的解析中，思符依托武漢人工計(jì)算中心獲取澎湃算力，大幅提升分析的能力和效率：

1. 位于中間層的昇騰AI異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)CANN，為模型推理提供了加速引擎，在算子融合方面實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算單元的優(yōu)化整合；
2. 在內(nèi)存優(yōu)化方面完成模型特征圖的有效內(nèi)存排布；
3. 在混合精度計(jì)算方面實(shí)現(xiàn)不同精度的計(jì)算分配。

多種技術(shù)創(chuàng)新充分釋放硬件算力，不斷優(yōu)化AI模型性能，極大提升了AI蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測模型的效率。

(基于昇騰平臺(tái)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測效果）

(金色為真值，粉色為預(yù)測效果)

抗原結(jié)構(gòu)優(yōu)化環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了降本增效，疫苗研究步伐得以加快。在降低成本方面，此前蛋白質(zhì)取樣費(fèi)用至少需要1.5萬元，累計(jì)費(fèi)用超過數(shù)十萬，但應(yīng)用該平臺(tái)后，預(yù)測費(fèi)用可以下降100倍以上。在效率提升方面，從蛋白表達(dá)、蛋白純化等步驟到使用冷凍電鏡解析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，至少需要13天，但使用AI預(yù)測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，則可以壓縮到1天以內(nèi)，結(jié)構(gòu)分析效率平均提升超10倍。

??“對于使用AI技術(shù)進(jìn)行預(yù)測的效果是有預(yù)期的，但是思符平臺(tái)給我們帶來的是驚喜，不僅在時(shí)間上顯著的縮短了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測的時(shí)間，并且在準(zhǔn)確性方面也超出了我們的預(yù)期，難得的是思符平臺(tái)的易用性對于我們疫苗研發(fā)人員非常友好，半天學(xué)習(xí)時(shí)間后就可以熟練的運(yùn)用。”對于使用思符后的結(jié)果國藥動(dòng)?；A(chǔ)研究部經(jīng)理表達(dá)了欣喜。

基于思符在豬圓環(huán)病毒疫苗抗原結(jié)構(gòu)優(yōu)化環(huán)節(jié)中的出色表現(xiàn)，國藥動(dòng)保下一步將在圓環(huán)類疫苗和其他病毒樣顆粒疫苗的研發(fā)中進(jìn)行推廣使用。不僅如此，雙方通過深入的交流，希望依托現(xiàn)有的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測AI技術(shù)平臺(tái)，在諸如抗原表位及其強(qiáng)度預(yù)測、抗體從頭設(shè)計(jì)及親和力成熟等應(yīng)用領(lǐng)域作出探索研究，加速動(dòng)物保護(hù)疫苗研發(fā)的數(shù)智進(jìn)程。