光明科学家用AI开创病毒研究新路径

近日,又一项令人瞩目的研究成果发布——位于光明科学城的中山大学医学院施莽教授团队与阿里云李兆融团队在《细胞》(Cell)杂志上发表论文,报告了180个超群、超过16万种全新RNA病毒。据悉,这是迄今为止规模最大的RNA病毒研究,大幅扩展了全球RNA病毒的多样性,该研究将人工智能技术应用于病毒鉴定,发现了传统方法未能发现的病毒“暗物质”,探索了病毒学研究的新路径。 中山大学医学院施莽教授。(受访者供图) 勇闯新路利用人工智能技术探索未知 据了解,RNA病毒是病毒的一种,其遗传物质是RNA(核糖核...


近日,又一项令人瞩目的研究成果发布——位于光明科学城的中山大学医学院施莽教授团队与阿里云李兆融团队在《细胞》(Cell)杂志上发表论文,报告了180个超群、超过16万种全新RNA病毒。据悉,这是迄今为止规模最大的RNA病毒研究,大幅扩展了全球RNA病毒的多样性,该研究将人工智能技术应用于病毒鉴定,发现了传统方法未能发现的病毒“暗物质”,探索了病毒学研究的新路径。

中山大学医学院施莽教授。(受访者供图)

勇闯新路利用人工智能技术探索未知

据了解,RNA病毒是病毒的一种,其遗传物质是RNA(核糖核酸)。RNA病毒有自我复制和逆转录两种复制方式,病毒RNA的复制过程中,其错误修复机制的酶的活性很低,所以其变异很快。与DNA病毒相比,RNA病毒更加容易导致疾病,对宿主更加致命,更容易突变,因此种类更多,更难研制有效疫苗。常见的RNA病毒有艾滋病病毒、丙型肝炎病毒、乙型脑炎病毒、流感病毒、脊髓灰质炎病毒、登革热病毒、SARS病毒、MERS病毒、埃博拉病毒、新型冠状病毒等。

传统的病毒发现方法包括病毒分离和生命组学的生物信息学分析,高度依赖既有知识,面对RNA病毒这种高度分化、种类繁多且容易变异的病毒识别效率低。而在此次研究中,团队开发的LucaProt人工智能算法能够对病毒和非病毒基因组序列深度学习,并在数据集中自主判断病毒序列。

施莽表示:“人工智能是一种数据驱动的方法。在人工智能的框架下,我们首先收集大量优质数据,让人工智能通过学习这些数据找到规律,帮助我们进行判断和预测,并反馈它所学到的内容。人工智能是一个非常强大的工具,未来必将在科研的各个领域得到广泛应用。”

引领变革发现病毒圈“暗物质”刷新认知

施莽介绍:“我们搭建的AI驱动模型——LucaProt模型,不仅能够准确鉴定RNA病毒,还可以发现传统方法无法发现的病毒,突破了我们对整个病毒圈的认知。”

利用这套算法,研究团队在来自全球生物环境样本的10487份RNA测序数据中发现了超过51万条病毒基因组,代表超过16万个潜在病毒种及180个RNA病毒超群。其中23个超群无法通过序列同源方法识别,被称为病毒圈的“暗物质”。

通过进一步分析,团队报告了迄今最长的RNA病毒基因组,长度达到47250个核苷酸,并发现了超出以往认知的基因组结构,展现出RNA病毒基因组进化的灵活性。同时,团队还识别到多种病毒功能蛋白,特别是与细菌相关的功能蛋白,进一步表明还有更多类型的RNA噬菌体亟待探索。

“面对远源的新病毒,现有的病毒分类体系已经显得力不从心。未来,这一体系在门、纲等更深层次的分类上,可能会有大规模的调整。”施莽说:“我们的研究展示了病毒多样性的深度,但广度仍有待更多样本的补充。病毒的多样性远超人类想象,我们目前所看到的仍是冰山一角。”

中山大学医学院。

厚植沃土优质科研环境培育丰硕成果

此次研究成果的发布,是光明科学城这片科研热土结出的又一硕果。光明科学城作为粤港澳大湾区综合性国家科学中心先行启动区,肩负着粤港澳大湾区在基础研究和应用基础研究方面破题先行的重任,正加快打造创新人才集聚地,把建设战略人才力量作为重中之重来抓。

培育和发展新质生产力,关键依靠创新驱动,而创新驱动本质上是人才驱动。近年来,光明科学城集中布局24个重大科技创新载体,人才总量超18万人,各领域高层次人才超2600人,科研院所人才超6000人。人才在发展新质生产力、推动高质量发展中的作用愈发凸显。

中山大学医学院施莽教授就是光明科学城青年科技人才的杰出代表。高校是基础研究主力军和重大科技突破策源地,更是科技成果的“富矿”。谈及这次在中山大学医学院取得科研新成果的感受,施莽说:“我非常幸运能来到深圳!”

中山大学深圳校区地处光明科学城腹地,是高层次创新人才培养重要基地。作为中山大学的主体校区之一,中山大学深圳校区自2015年深圳市人民政府与中山大学开启合作以来,已有17个整建制学院,2家附属医院,129万平方米的校舍建筑,近15000位师生,学科布局全链条、全覆盖对接深圳“20+8”产业集群规划,双方互相支撑,成为市校合作的典范。

中山大学医学院是中山大学拥有深圳校区的缘起,学院的建设是整个深圳校区战略布局的重中之重。施莽表示,中山大学医学院不仅引进了来自全球的优秀人才,也为团队提供了优越的研究环境、充足的空间和先进的设备,给予了团队一个非常包容的科研环境。“更为重要的是,政府给予了我们强有力的支持,成为我们能够专注于高水平研究的坚实基础,让我们能够安心地投入到科研工作中。”

光明新闻全媒体记者练洁雯文/图



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