跳过“海选”，靶向出击，百度提出AI新算法瞄准疫苗研发提速

每天质问老天一千遍，我的快乐会回来么？一场疫情让曾经稀疏平常的生活变得模糊陌生，究竟什么时候才能摘下口罩肆意吃喝、浪迹各种演唱会、狂刷NBA赛事？新冠疫情全球蔓延仍在持续，此时此刻，再没有比成功研制出新冠疫苗、药物更为紧迫的事情了。

在所有正在研发的疫苗中，mRNA疫苗是极具潜力的“尖子生”。mRNA疫苗却又很“脆弱”，在保存、运输过程中可能因为降解而失效。研究表明，当mRNA序列的二级结构越多就越稳固，制成的mRNA疫苗更稳定、效果更好。不过，要从10的632次方（脑细胞选择性死亡）个mRNA序列中甄选出最稳固的序列，简直是史诗级“太南了”。

现在，“拯救世界”的新算法来了！百度研究院重磅推出全球首个mRNA疫苗基因序列设计算法LinearDesign，是专门用于优化mRNA序列设计的高效算法。针对新冠mRNA疫苗序列，LinearDesign能在16分钟内大大提升疫苗设计的稳定性和蛋白质表达水平，有效解决了mRNA疫苗研发中最重要的稳定性问题。借助AI算法的力量，疫苗研发将自带Buff，提档加速不要太轻松。

为什么mRNA疫苗如此受偏爱呢？不妨先补补课，回顾一下疫苗的基本原理。

众所周知，疫苗能够调动身体的免疫系统，识别并消灭病毒、细菌等病原体以及其他相关的微生物体，从而达到免疫的效果。疫苗研制包含多种路径，如DNA疫苗、mRNA疫苗、蛋白质疫苗等，各有优缺点。

其中，蛋白质疫苗是经过体外培养病毒后，制成减活或灭活的疫苗。由于需要体外培育，蛋白质疫苗成本更高，也十分耗时。与疫魔生死竞速之际，病毒突变如此迅速又无法预测，疫苗研制周期长就成了不可忽视的劣势。

DNA疫苗含有DNA序列，能够编译对抗病毒的蛋白质，进而激活人体免疫系统。DNA疫苗技术起步较早，技术也较为成熟。但由于不容易降解，DNA会长期存在体内，存在与人体融合方面的安全隐患。

mRNA疫苗通过在体外合成翻译抗原的mRNA，然后注射到体内，再由体内的细胞翻译成抗原蛋白质，达到免疫效果。对比蛋白质疫苗，mRNA疫苗具有制备快、成本低等优点，也避免了DNA疫苗的融合问题。同时，mRNA疫苗还能够同时注射多个疫苗毒株，适合病毒不断变异的情况。据悉，美国生物技术公司Moderna已经开始评估COVID-19 mRNA疫苗效果的人体实验，并且已经在五月初开始二阶段的测试。

尽管优势明显，mRNA疫苗也有天然的缺陷。在保存、运输等过程中，mRNA疫苗可能因为稳定性不足导致降解而失效。再者，mRNA疫苗是通过在体内由mRNA翻译生成抗原蛋白质，蛋白质表达水平（合成多少蛋白质）直接影响到最终的免疫效果。近期研究表明，mRNA的二级结构对其稳定性和蛋白质表达效率等方面都发挥着重要意义，具有稳定二级结构的mRNA序列，其制成的mRNA疫苗稳定性高，效果更好。

怎样才能选择更稳定、表达水平更高的mRNA序列呢？有请LinearDesign算法作答。

要知道，新冠病毒刺突蛋白（抗原）共有1273个氨基酸，能翻译成刺突蛋白的mRNA序列高达10的632次方。这个数字是什么概念呢？假设有个超级计算机一秒可以计算一个mRNA序列的二级结构，那么即使从宇宙形成开始算到现在（约130-140亿年），可能连mRNA序列所有可能的亿万分之一都没算完。实在太南了吧！

面对这一“世界性”难题，人工智能表示小意思。LinearDesign算法应用计算机科学领域经典算法——动态规划算法，将这一问题的搜索时间从亿万亿年降低到分钟级。在新冠病毒的刺突蛋白序列上的实验表明，LinearDesign能够设计出结构最稳定的序列，而且设计时间只需要1个半小时。如果采用线性时间近似算法，所需时间可以进一步缩短到16分钟。

简单说，LinearDesign算法是专门用于优化mRNA序列设计的高效算法，相当于直接跳过“海选”阶段，靶向出击，精确实验，pick出效果更好的疫苗序列。LinearDesign算法如此给力，将颠覆性助推mRNA疫苗研发刷新速度，为拯救全人类争取更多时间！