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組學(xué)技術(shù)聯(lián)姻人工智能,先正達(dá)新一代分子技術(shù)正撬動(dòng)傳統(tǒng)農(nóng)化創(chuàng)新
2024/12/11 17:06:49 來(lái)源:中國(guó)企業(yè)新聞網(wǎng)
導(dǎo)言:為了扭轉(zhuǎn)這一局面,先正達(dá)集團(tuán)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)正在領(lǐng)銜一項(xiàng)重大科研變革項(xiàng)目。通過(guò)綜合運(yùn)用組學(xué)技術(shù)和人工智能等前沿科技,確保只有最具安全性的分子得以進(jìn)入研發(fā)環(huán)節(jié),從而顯著降低風(fēng)險(xiǎn)并加快創(chuàng)新。
2024年12月10日 – 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域,病蟲害的快速蔓延始終是懸在農(nóng)戶頭頂?shù)倪_(dá)摩克里斯之劍。開發(fā)新一代植物保護(hù)產(chǎn)品已然成為當(dāng)務(wù)之急。
然而,從發(fā)掘潛力分子,到精心篩選候選植物保護(hù)產(chǎn)品,再到通過(guò)層層嚴(yán)苛測(cè)試獲取監(jiān)管許可,整個(gè)過(guò)程可能耗費(fèi)長(zhǎng)十余年時(shí)光,以及數(shù)億美元。更為棘手的是,產(chǎn)品的長(zhǎng)期安全性研究往往在研發(fā)后期方能開展,此時(shí)一旦出現(xiàn)問題,前期投入便付諸東流。
為了扭轉(zhuǎn)這一局面,先正達(dá)集團(tuán)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)正在領(lǐng)銜一項(xiàng)重大科研變革項(xiàng)目。通過(guò)綜合運(yùn)用組學(xué)技術(shù)和人工智能等前沿科技,確保只有最具安全性的分子得以進(jìn)入研發(fā)環(huán)節(jié),從而顯著降低風(fēng)險(xiǎn)并加快創(chuàng)新。
該項(xiàng)目首席技術(shù)專家Anthony Flemming解釋說(shuō),此變革項(xiàng)目致力于"在篩選識(shí)別分子的最初階段,就借助突破性技術(shù)洞悉潛在的風(fēng)險(xiǎn)",仿若賦予科學(xué)家們一顆神奇的水晶球,預(yù)知分子未來(lái)"前景",避免不必要的時(shí)間和資金投入。
在此項(xiàng)目推進(jìn)過(guò)程中,所有在研產(chǎn)品都需要接受數(shù)百項(xiàng)科學(xué)測(cè)試,全面考量分子對(duì)抗目標(biāo)的效果以及對(duì)動(dòng)物、人類和環(huán)境的潛在影響。預(yù)測(cè)科學(xué)研究負(fù)責(zé)人Naomi Pain介紹說(shuō):"在尋求監(jiān)管批準(zhǔn)之前,我們會(huì)進(jìn)行大量測(cè)試,以求充分掌握分子的行為模式和相互作用機(jī)制。"
四大"組學(xué)"技術(shù)方陣 助力分子優(yōu)化升級(jí)
在此次科研變革項(xiàng)目中,轉(zhuǎn)錄組學(xué)、代謝組學(xué)、細(xì)胞描繪(表型組學(xué))和蛋白質(zhì)組學(xué)這四大關(guān)鍵技術(shù)共同為分子優(yōu)化貢獻(xiàn)海量精細(xì)的數(shù)據(jù)。每一項(xiàng)技術(shù)都有可能解鎖大量高質(zhì)量的數(shù)據(jù),而這些數(shù)據(jù)讓科學(xué)家們讓得以精準(zhǔn)地調(diào)整分子結(jié)構(gòu),從而確保未來(lái)植保產(chǎn)品的安全性與有效性。
轉(zhuǎn)錄組學(xué),這項(xiàng)在醫(yī)藥行業(yè)已經(jīng)廣泛應(yīng)用的技術(shù),為植保領(lǐng)域的分子研發(fā)帶來(lái)了全新的視角。它猶如一位敏銳的傾聽者,能夠精確測(cè)量分子與細(xì)胞相互作用時(shí)基因表達(dá)所發(fā)生的變化模式,就好像是在監(jiān)聽細(xì)胞內(nèi)部那神秘而復(fù)雜的通訊系統(tǒng)。通過(guò)這種方式,科學(xué)家們可以清晰地了解到哪些基因在分子的作用下變得活躍,哪些基因則保持沉默。
代謝組學(xué)則像是一位細(xì)致入微的觀察者,專注于細(xì)胞化學(xué)成分以及化學(xué)處理后所發(fā)生的變化。細(xì)胞就如同一個(gè)忙碌而有序的工廠,內(nèi)部不斷發(fā)生著眾多動(dòng)態(tài)的過(guò)程,恰似一條條緊密協(xié)作的生產(chǎn)線。代謝組學(xué)為科學(xué)家們提供了一扇觀察這些"生產(chǎn)線"狀態(tài)的窗戶,讓他們能夠清晰地看到細(xì)胞內(nèi)化學(xué)成分的變化軌跡,從而精準(zhǔn)地選擇出具有最有利特征的分子化合物,為研發(fā)工作篩選出最優(yōu)質(zhì)的"原材料"。
細(xì)胞描繪,就像是在細(xì)胞這個(gè)微觀世界里進(jìn)行一場(chǎng)精妙的繪畫創(chuàng)作,也被稱為表型組學(xué)。它通過(guò)使用分子"顏料",在細(xì)胞層面上繪制出一幅幅生動(dòng)細(xì)致的畫面,生動(dòng)地呈現(xiàn)出細(xì)胞內(nèi)部運(yùn)作的微觀世界。這一過(guò)程就像是"世界上最小的藝術(shù)工作室"里發(fā)生的奇妙景象,為研究工作提供了極具價(jià)值的視覺信息,讓科學(xué)家們能夠更加直觀地觀察和理解細(xì)胞的狀態(tài)和變化。
蛋白質(zhì)組學(xué)有點(diǎn)像"釣魚",科學(xué)家們把分子巧妙地懸垂到細(xì)胞的各個(gè)部分,隨后輕輕地拉出粘附在其上的細(xì)胞組成部分。通過(guò)這種方式,科學(xué)家們能夠更加準(zhǔn)確地了解分子與細(xì)胞相互作用時(shí)究竟發(fā)揮了怎樣的作用,以及細(xì)胞的哪些具體部分受到了這種相互作用的影響。這就像在微觀世界里進(jìn)行一場(chǎng)精準(zhǔn)的探索,逐步揭開分子與細(xì)胞相互作用的神秘面紗。
"組學(xué)"技術(shù)協(xié)同探秘 全景解碼分子世界
為了更加清晰地展示這些"組學(xué)"技術(shù)如何協(xié)同工作,我們不妨以日常生活中常見的化學(xué)物質(zhì)——乙醇(酒精)為例。當(dāng)乙醇進(jìn)入人體后,通過(guò)運(yùn)用這四大"組學(xué)"技術(shù),科學(xué)家們能夠獲取有關(guān)乙醇如何與人體生物學(xué)相互作用的精確數(shù)據(jù),就如同從多個(gè)角度對(duì)乙醇在人體中的"活動(dòng)軌跡"進(jìn)行全方位的追蹤和解讀。
轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)在這個(gè)過(guò)程中發(fā)揮著獨(dú)特的作用,它能夠清晰地顯示乙醇如何引發(fā)某些基因信號(hào)通路的啟動(dòng),進(jìn)而促使身體啟動(dòng)一系列機(jī)制來(lái)清除體內(nèi)的乙醇等物質(zhì)。這就像是身體內(nèi)部的一套精密警報(bào)系統(tǒng),在乙醇進(jìn)入后被觸發(fā),啟動(dòng)相應(yīng)的應(yīng)對(duì)程序。通過(guò)細(xì)胞描繪技術(shù),我們可以直觀地看到乙醇分子對(duì)細(xì)胞膜造成怎樣的沖擊和破壞,仿佛在微觀世界里親眼目睹了一場(chǎng)"細(xì)胞之戰(zhàn)"。
代謝組學(xué)技術(shù)則像是一位精確的"化學(xué)偵探",不僅能夠詳細(xì)追蹤乙醇在體內(nèi)的分解方式,還能深入了解乙醇及其副產(chǎn)品如何影響健康細(xì)胞中始終進(jìn)行著的自然化學(xué)過(guò)程。它揭示了乙醇在細(xì)胞內(nèi)的"代謝之旅",以及這場(chǎng)旅程對(duì)細(xì)胞正;瘜W(xué)環(huán)境所帶來(lái)的微妙影響。
最后,蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)為我們展示了一幅細(xì)胞積極應(yīng)對(duì)乙醇入侵的畫面,當(dāng)乙醇分子進(jìn)入我們的細(xì)胞時(shí),這些細(xì)胞會(huì)迅速產(chǎn)生特定的蛋白質(zhì),這些蛋白質(zhì)的使命就是分解乙醇并將其排出體外,從而維護(hù)細(xì)胞的正常功能和健康狀態(tài)。
傳統(tǒng)的安全測(cè)試方法往往存在成本高昂、耗時(shí)長(zhǎng)、效率低下等諸多弊端,并且需要大量的分子樣本進(jìn)行測(cè)試,這無(wú)疑增加了研發(fā)的難度和成本。而先正達(dá)集團(tuán)科學(xué)家們所采用的這些前沿組學(xué)技術(shù),在新的活性成分剛剛被發(fā)現(xiàn)的階段就能夠及時(shí)實(shí)施。
基于這些組學(xué)技術(shù),每個(gè)測(cè)試分子都會(huì)產(chǎn)生多達(dá)四百萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn),如此龐大的數(shù)據(jù)量就像是一座蘊(yùn)含著無(wú)盡寶藏的"數(shù)據(jù)金礦"。團(tuán)隊(duì)可以通過(guò)數(shù)據(jù)分析手段交叉引用來(lái)自所有這些"組學(xué)技術(shù)貢獻(xiàn)的海量數(shù)據(jù),從而全面而深入地了解分子行為,如同擁有了一張分子活動(dòng)的"全景地圖"。這不僅能夠讓科學(xué)家們對(duì)分子在正常情況下的行為有清晰的認(rèn)識(shí),還能深入洞察任何偏離"健康"概況的異常情況,及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的風(fēng)險(xiǎn)隱患,就像在分子世界里安裝了一套敏銳的"預(yù)警系統(tǒng)"。
人工智能精準(zhǔn)驅(qū)動(dòng) 加速分子設(shè)計(jì)開發(fā)
值得一提的是,先正達(dá)集團(tuán)在這些新"組學(xué)"技術(shù)的應(yīng)用中,還巧妙地融入了人工智能的力量,對(duì)這些組學(xué)技術(shù)貢獻(xiàn)的大量分子數(shù)據(jù)進(jìn)行快速而深入的分析,從而進(jìn)一步推動(dòng)了研發(fā)進(jìn)程和創(chuàng)新加速。譬如,在處理轉(zhuǎn)錄組學(xué)產(chǎn)生的基因表達(dá)數(shù)據(jù)時(shí),人工智能算法可以迅速識(shí)別出復(fù)雜的基因表達(dá)模式,幫助科學(xué)家更快地篩選出那些可能具有潛在風(fēng)險(xiǎn)或優(yōu)勢(shì)的分子。對(duì)于代謝組學(xué)的數(shù)據(jù),人工智能則可以挖掘出細(xì)胞化學(xué)成分變化背后隱藏的規(guī)律,預(yù)測(cè)不同分子對(duì)代謝過(guò)程的長(zhǎng)期影響。
在細(xì)胞描繪和蛋白質(zhì)組學(xué)方面,人工智能通過(guò)圖像識(shí)別和數(shù)據(jù)分析技術(shù),能夠更精準(zhǔn)地解讀細(xì)胞微觀結(jié)構(gòu)變化以及分子與細(xì)胞相互作用的細(xì)節(jié)。例如,在分析細(xì)胞繪畫所生成的圖像時(shí),人工智能模型可以自動(dòng)識(shí)別出細(xì)胞形態(tài)、結(jié)構(gòu)的細(xì)微變化,這些變化可能暗示著分子對(duì)細(xì)胞功能的影響。同時(shí),人工智能還能整合來(lái)自不同"組學(xué)"技術(shù)的數(shù)據(jù),構(gòu)建出更加全面、動(dòng)態(tài)的分子作用模型,并且可以根據(jù)已知的分子特征和數(shù)據(jù)模式,預(yù)測(cè)新分子在不同環(huán)境下的行為,為科學(xué)家提供更多創(chuàng)新的思路和方向。
先正達(dá)集團(tuán)的科學(xué)家們還利用人工智能技術(shù)建立了智能模擬系統(tǒng),能夠在虛擬環(huán)境中對(duì)分子進(jìn)行測(cè)試和優(yōu)化。這不僅減少了實(shí)際實(shí)驗(yàn)的次數(shù),節(jié)省了大量的時(shí)間和資源,還能夠在更短的時(shí)間內(nèi)評(píng)估更多的分子組合。通過(guò)不斷地學(xué)習(xí)和優(yōu)化,人工智能系統(tǒng)能夠不斷提高對(duì)分子安全性和有效性的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性,為研發(fā)工作提供更加可靠的支持。
細(xì)胞繪畫技術(shù)幫助我們深入了解細(xì)胞的內(nèi)部運(yùn)作
通過(guò)在分子設(shè)計(jì)的早期階段開創(chuàng)性地運(yùn)用多組學(xué)技術(shù)數(shù)據(jù)以及人工智能,先正達(dá)集團(tuán)科研團(tuán)隊(duì)取得了的顯著成果。先正達(dá)集團(tuán)目前已同時(shí)擁有三款高效創(chuàng)新化合物,而這三項(xiàng)原創(chuàng)技術(shù)均有望在未來(lái)幾年內(nèi)成為植保領(lǐng)域的超級(jí)大單品。
Naomi Pain強(qiáng)調(diào):"這一突破性的創(chuàng)新實(shí)踐不僅僅是簡(jiǎn)單地節(jié)省了植保產(chǎn)品科研的時(shí)間和成本,更為重要的是,它還成功地優(yōu)化了新藥的開發(fā)流程,使得我們能夠以前所未有的速度將更安全的分子和植保產(chǎn)品送到農(nóng)戶手中。"
全球農(nóng)戶肩負(fù)著增產(chǎn)糧食的重任,同時(shí)面臨大自然的嚴(yán)峻考驗(yàn),而農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的未來(lái)系與科技創(chuàng)新的突破。先正達(dá)集團(tuán)科學(xué)家們的創(chuàng)新探索與實(shí)踐,為保障全球范圍的農(nóng)業(yè)繁榮和糧食供應(yīng)提供了有力支撐與貢獻(xiàn)。
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