AI助力抗体结构预测，晶泰科技与IDEA研究院合作取得重要进展

近日，晶泰科技与粤港澳大湾区数字经济研究院（简称 IDEA 研究院）共同宣布：双方合作项目取得阶段性重要进展。晶泰科技与 IDEA 研究院联合开发了一款基于AI的高通量高精度抗体结构预测模型idealFold(IDEa-xtALpi-Fold)。

该模型依托晶泰科技自主搭建的 XupremAb™ 下一代抗体发现平台和 IDEA 研究院的人工智能技术，将先进的 AI 算法与大分子药物研发专家经验有机结合，并运用于抗体结构预测中。

经下游任务的湿实验验证，idealFold 的预测速度和预测精度均取得行业领先水平。高通量且高精度的抗体结构预测将对抗体理性设计、可开发性预测、超大抗体库构建等产生积极作用，大大提高抗体药物的研发效率。

AlphaFold2 于 2021 年在蛋白质结构预测方面取得突破性进展，展示了 AI 在生命科学领域的应用潜力。虽然 AlphaFold2 可以利用不同蛋白间的多重序列比对（ MSA ），实现对未知蛋白质结构的预测[1]。但从进化的角度看，抗体并不存在 MSA 信息，较难通过 MSA 实现抗体结构的预测，因而 AlphaFold2 在抗体结构预测方面的准确率不够高，难以得到很好的应用落地。

AlphaFold2 的运行速度也极大地制约了其在工业界级别的药物发现中的落地。另外，AI 领域的干实验指标与药物研发领域的湿实验指标之间存在鸿沟，仅仅从 AI 角度进行算法改进常常是难以落地的。举例来说，抗体结构预测的 RMSD 等干实验指标的提升并不一定能让真实的药物研发获益。

晶泰科技自 2021 年起即与 IDEA 研究院开启战略合作，设立 IDEA 晶泰人工智能实验室。为了解决抗体结构预测 AI 在大分子药物研发领域的落地难题，IDEA 晶泰人工智能实验室研发推出了第一代基于 AI 的抗体结构预测模型 idealFold。

首先，基于专家经验筛选的海量自然抗体数据库搭建了大型抗体预训练模型。然后，该模型利用大规模预训练模型从无标注蛋白质序列数据中学习到的表征为输入，搭配基于层次化聚类得到的蛋白质残基生化性质，建模蛋白质序列与空间结构的关系，避免了使用 MSA 作为输入，节省了多序列比对过程，极大地提升了模型推理的速度。

图1. idealFold模型架构图

抗体结构 H3 区域的长度高度可变性、结构高度可变一直是抗体结构预测的难题， idealFold 通过引入多重位置编码信息，包括针对 CDR 区域的相对位置编码和绝对位置编码，增强了模型对抗体不同可变区的感知能力。idealFold 的单抗版本还集成了增强配对的特征表示，把抗体的轻重链位置信息也放入了配对特征表示中，提升了模型对轻链和重链的区分能力，从而提升了模型的性能。

经过与同类模型分别在单抗和 VHH 抗体结构预测效果的比较，该模型的运行速度比当前行业广泛使用的 IgFold 快93倍，大大提升了 AI 算法预测抗体结构的效率。

图2. 主流模型运行耗时对比图

此外，为了加速该模型的应用落地，晶泰科技基于自主搭建的下一代抗体发现平台 XupremAb™，将 idealFold 与晶泰科技自研的疏水性预测方法结合，应用于 VHH 抗体的疏水性预测并进行了湿实验验证。结果表明，idealFold 的 Spearman 相关系数达 0.82，超过其他两个行业内的主流模型，在真实的大分子药物研发任务中崭露头角。

图3.疏水性预测的湿实验验证结果对比图

IDEA 晶泰人工智能实验室充分利用晶泰科技在医药研发行业积累多年的 AI 算法落地经验，以及 IDEA 研究院在 AI 算法研究方面的优势，旨在通过智能化、自动化驱动 AI 算法快速产业落地，赋能靶点发现、大分子药物的高通量筛选以及大分子药物的从头设计等多个药物研发的重要环节。与此同时，在晶泰科技智能计算、专家经验和自动化实验形成的“三位一体”药物研发新模式的基础之上，实验室通过“干湿融合”的方式将AI技术与药物研发环节紧密结合，从而形成闭环式迭代优化，为 AI 模型的落地提供多元化应用场景，进一步加速创新药物发现。

李一

晶泰科技战略发展副总裁、

抗体业务线负责人

“我们很荣幸与 IDEA 建立战略合作关系。AI 驱动大分子药物发现是晶泰科技近两年来积极部署的研究方向，致力于将人工智能技术和自动化前沿技术进一步拓展到大分子药物发现领域，提高大分子药物发现的新颖性和成功率。通过此次合作，我们希望进一步巩固晶泰科技在人工智能计算方面的领先优势，依靠晶泰科技在AI制药行业累积多年的算法落地经验，让 AI 在大分子药物研发领域的应用进一步落地，满足该领域仍未被满足的临床需求，让患者早日受益。”

幺宝刚

IDEA研究院联合实验室负责人

“我们正处于人工智能技术爆发的时代，AI 赋予了我们新的发展机遇。IDEA 研究院不仅专注于人工智能技术研究，而且更希望通过人工智能技术驱动各行各业的发展，让更多的人从数字经济发展中获益。其中，生物医药领域是近些年 AI 落地最直接的应用场景之一。我们很荣幸能与全球药物研发智能化、自动化的行业开拓者晶泰科技合作，期待利用我们在 AI 技术方面的优势，共同探索更广阔的大分子序列和结构空间，拓展产业边界，让 AI 赋能大分子药物发现。”

●关于晶泰科技●

晶泰科技是一家以智能化、自动化驱动的药物研发科技公司，通过提高药物研发的速度、规模、创新性和成功率，致力于实现药物研发的行业革新。作为一家立足中美、服务全球的企业，晶泰科技始终坚持探寻最优解决方案，以充分利用前沿的研发与计算资源，最大化满足客户与合作方的需求。

晶泰科技的智能药物研发平台将基于云端超算数字化研发工具与先进的实验能力进行整合，形成高精度预测与针对性实验相互印证、相互指导的研发系统。作为全球先锋人工智能药物研发公司之一，晶泰科技已建立起一整套量子物理干实验室与先进湿实验室紧密结合的研发迭代流程，挑战传统研发的效率瓶颈，赋能新药研发实现创新速度与规模的突破。

●关于IDEA研究院●

粤港澳大湾区数字经济研究院（ International Digital Economy Academy，简称 IDEA 研究院）致力于人工智能和数字经济领域的前沿研究与产业落地，是一家国际化创新型机构。

IDEA 研究院力求从技术出发，孵化优质企业、培养杰出人才、构建合作生态。我们坚持科技擎天、产业立地，相信最好的研究从需求中来，到需求中去，最终让更多的人从数字经济发展中获益。

参考文献

[1] John Jumper et al, Highly accurate protein structure prediction with AlphaFold

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