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DeepMind的基因组图谱或大幅缩短药物研发周期

DeepMind的AlphaGenome Atlas绘制了90亿个单字母DNA突变,并通过单一评分系统有望将变异解读所需时间缩短数年——这或将重新定义基因组的利益格局。

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这张图谱彻底改变了阅读基因组的视角

DeepMind 发布了人类基因组中每一个可能的单字母变异对生物学影响的完整图谱。九十亿种突变。一拍字节(petabyte)的预测数据。一个数字——AVI 评分——告知研究者某个遗传变异是否值得深入挖掘。

这不是一个增量工具。这是一次跨越阈值的跃迁。

人类基因组包含约三百亿个 DNA 碱基,但只有百分之二编码蛋白质。其余部分长期以来被视为"暗物质"——功能上不透明、计算上难以解析,因此对追逐非编码区的药物研发项目来说 largely invisible(几乎不可见)。AlphaGenome 将这种不可见性转化为了一个可搜索的图谱。任何联网的研究者,首次能够查询全基因组范围内任意单核苷酸变异(SNV)的预测生物学效应。

其对制药管线的影响,远比多数报道所暗示的更为深远。

AVI 评分才是真正的产品

AlphaGenome 变异影响评分(AVI Score)将数千项独立预测——组织特异性基因表达效应、染色质结构变化、调控活性等——浓缩为一个数字。DeepMind 报告称,在临床基因组数据库中,AVI 能可靠地区分致病变异与良性变异。Broad 研究所的一个团队已利用该图谱将一个非编码变异优先列为严重癫痫的候选致病因子,相关研究以预印本形式与图谱发布同步发表。

对于药物发现而言,关键的不仅仅是准确性,更是速度。在 AlphaGenome 出现之前,解读罕见病患者基因组意味着使用计算成本过高、无法大规模运行的模型来筛选候选变异。巴塞罗那基因组调控中心的 Mafalda Dias 和 Jonathan Frazer 指出,对大多数实验室而言,在全基因组范围内应用 AlphaGenome 这类模型是不可行的。而图谱彻底消除了这一障碍。

对于在数千个罕见病候选样本或群体级生物银行中运行变异解读的制药公司而言,这种差异意味着数月计算时间和人员成本的差别。更重要的是,它改变了针对非编码区的靶点发现的经济逻辑——而这些区域恰恰是历史上被认为不可触碰的部分。

基因组计算变得"免费"后,谁将胜出

该图谱可免费用于非商业目的。这一许可模式是关键变量。

学术实验室和临床诊断中心将获得对预测结果的即时访问权限,而这些结果此前需要大量的计算基础设施或付费 API 访问。自 AlphaGenome 首次发布以来,约 9,000 名研究者通过自动编程接口访问了其预测数据。而新发布的图谱消除了 Hariharan 此前指出的、对许多生物学家而言构成障碍的代码编写门槛。

对于商业制药公司而言,问题在于他们能否在不违反非商业许可的前提下,基于这些预测开展进一步工作。DeepMind 可能推出商业许可层级——AlphaFold 遵循的模式已为此框架奠定了基础。公司有充分的激励在保持科学公共资源开放的同时实现模型的商业变现。

最有可能胜出的公司,是那些最快将 AVI 评分整合进现有变异优先级排序流程和靶点发现管线中的公司。专注于非编码治疗的初创公司将不成比例地受益。一个曾被视为"基因间junk"的变异,如今只需数秒即可获得评分,而一整类此前无法触及的药物靶点突然变得可评估。

非编码 DNA 曾是前沿——如今它有了地图

由 Žiga Avsec 领导的 DeepMind 团队尤其期待利用这张图谱来解码 DNA 调控基序(motifs)——散布于全基因组中、功能尚未被充分理解的短调控序列。研究人员已绘制了数千种此类基序,并推断出它们在不同细胞类型中的作用:激活基因、抑制基因,或改变 DNA 的可及性。斯托沃研究所的 Julia Zeitlinger 将这项工作称为"非编码 DNA 的可搜索词典"。

这之所以重要,是因为全基因组关联研究中鉴定出的大多数疾病相关变异都落在非编码区。药物研发长期忽视这些区域,并非因为它们缺乏生物学相关性,而是因为对其解读在计算上极为困难。图谱改变了这一计算逻辑。一个针对此前被认为不可成药的调控基序的治疗项目,现在有了从变异到机制再到临床候选物的可行路径。

瓶颈从计算转向验证

这张图谱不会取代实验。柏林马克斯·德尔布吕克分子医学中心的 Martin Kircher 直接强调了这一点:预测放大了对强大模型的访问权限,但无法涵盖个体病例的生物学复杂性,尤其在临床诊断中。

这一约束创造了新的瓶颈。解读不再是限制步骤,验证才是。那些依靠专有湿实验室通量建立竞争优势的公司会发现护城河加深,而仅依赖计算优势的公司将面临挤压。真正获益的,是能快速从 AVI 优先排序的变异推进到功能验证、再到治疗先导化合物的机构。

这一动态有利于拥有整合式发现平台、且资金充裕的兼具计算和实验能力的大型制药公司和生物初创企业。缺乏任一优势的中型参与者将面临越来越大的压力,被迫寻求合作或专注利基市场。

下一步是什么

AlphaGenome 图谱遵循与 AlphaFold 相同的轨迹:向科学界开放访问,向业界提供商业许可,价值逐渐从预测本身转向应用层面。预测数据本身免费开放,而商业回报将流向那些比任何人都更快地将其转化为药物的人。

第一波胜出者很可能由整合速度所定义——哪些公司率先将 AVI 评分嵌入管线、优先布局哪些治疗领域、以及是否投资构建将计算确定性转化为临床证据所需的验证基础设施。

九十亿种突变如今可在数秒内完成计算。关键问题是,谁能在其他人用尽所有可发现的变异之前,将这些能力转化为疗法。