科學家正嘗試利用AI開發世界上第一個虛擬人類細胞
史丹佛大學、基因泰克公司（Genentech）和陳-祖克柏基金會（Chan-Zuckerberg Initiative）的專家們共同努力，旨在利用人工智慧開發世界上第一個虛擬人類細胞。這項開創性的工作將大大提高我們對人類生物學的認識，促進矽學實驗，加快醫學研究，並為個人化醫療鋪平道路。
研究人員正在探索世界上首個虛擬人類細胞，這是一個由人工智慧驅動的模型，旨在模擬人類生物分子、細胞和組織的複雜行為。 這項創新可以為了解生物學的複雜性和推動醫學研究開闢新的途徑。 圖片來源：Emma Lundberg
史丹佛大學、基因泰克公司（Genentech）和陳-祖克柏基金會（Chan-Zuckerberg Initiative）的研究人員認為，人工智慧（AI）的進步和大規模生物數據的可用性為建立世界上第一個虛擬人類細胞創造了”前所未有的機會”。 這種由人工智慧驅動的模型可以模擬人類生物分子、細胞甚至整個組織和器官的複雜行為。
史丹佛大學工程學院和醫學院的生物工程和病理學副教授、《細胞》（Cell）雜誌上一篇新文章的資深作者艾瑪-倫德伯格（Emma Lundberg）說：「人體細胞建模可以說是生物學的聖杯。發特性。
倫德伯格與史丹佛大學生物工程教授兼陳-祖克柏倡議科學主任史蒂芬-奎克（Stephen Quake）和工程學院電腦科學教授尤雷-萊斯科維奇（Jure Leskovec）共同撰寫了這篇文章。 其他資深作者還包括陳-祖克柏基金會科學人工智慧主管Theofanis Karaletsos 和基因泰克公司研究執行副總裁Aviv Regev。
這種合成細胞模型既能讓人們更深入地了解化學、電學、機械以及其他力量和過程的複雜相互作用，這些力量和過程使健康的人體細胞發揮作用，又能揭示導致細胞功能障礙或死亡的疾病根源。
也許更有趣的是，人工智慧虛擬細胞也能讓科學家在電腦上而不是在活細胞和生物體上進行矽學實驗，而不是體內實驗。 這種能力將擴大人類對人類生物學的了解，並加速尋找新療法、新藥物，甚至是疾病的治療方法。
數位生物學時代的願景
癌症生物學家可能會模擬某些突變如何使健康細胞發生惡性變化。微生物學家也許有一天會預測病毒對受感染細胞甚至宿主生物的影響。 有朝一日，醫生可能會在病人的”數位雙胞胎”上測試治療方法，從而加速實現長期承諾的更快、更經濟、更安全的個人化醫療時代。
不過，作者表示，人工智慧虛擬細胞要取得成功，需要實現三個目標。 首先，它需要讓研究人員有能力創建跨物種和細胞類型的通用表徵。 它還必須準確預測細胞功能、行為和動態，並理解細胞機制。 最後但並非最不重要的一點是，人工智慧虛擬細胞將允許在電腦上進行實驗，以測試假設並指導數據收集，從而以遠低於目前的速度和成本擴展虛擬細胞的能力。
海量生物數據的挑戰
作者稱之為科學的”三連勝”，人工智慧開創了一個可預測、可生成、可查詢的工具時代，但不可否認的是，創建虛擬細胞需要大量的原始生物數據。 相較之下，作者指出，美國國家衛生研究院（National Institutes of Health）彙編的DNA定序資料庫稱為”短讀檔案”（Short Read Archive），目前已包含超過14PB的數據，比用於訓練ChatGPT的資料集大一千倍。
要實現人工智慧虛擬細胞並非易事。 這將需要全球的協同合作、開放科學合作，其規模前所未有，涉及從遺傳學、蛋白質體學到醫學成像等各個領域，還需要學術界、工業界和非營利組織等全球利益相關者之間的緊密合作。 同時，作者們也謹慎地指出，任何為人工智慧虛擬細胞所做的工作都必須假定所產生的模型將不受限制地向整個科學界開放。
倫德伯格斷言：『這是一個龐大的項目，堪比基因組計劃，需要跨學科、跨行業、跨國家的合作，我們知道，功能齊全的模型可能要十年或更長時間才能問世。但是，隨著當今人工智慧能力的迅速發展，以及我們龐大且不斷增長的數據集，科學界聯合起來，開始徹底改變我們理解和模擬生物學的方式的時機已經成熟。
編譯自/ ScitechDaily