作者段躍初

近期，中山大學(xué)醫(yī)學(xué)院施莽教授團(tuán)隊(duì)與阿里云李兆融團(tuán)隊(duì)合作，在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（Cell）上發(fā)表了一項(xiàng)震撼學(xué)界的研究成果：他們借助人工智能（AI）技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了180個(gè)超群、超過16萬種全新RNA病毒，這一發(fā)現(xiàn)如同一顆重磅炸彈，在病毒學(xué)領(lǐng)域掀起了波瀾，讓我們對(duì)神秘的病毒世界有了全新的認(rèn)知。

一、發(fā)現(xiàn)之旅：AI如何助力探索病毒“暗物質(zhì)”

長(zhǎng)久以來，傳統(tǒng)的病毒發(fā)現(xiàn)方法主要依賴病毒分離和生命組學(xué)的生物信息學(xué)分析。這些方法高度依賴既有的知識(shí)體系，面對(duì)RNA病毒這種高度分化、種類繁多且極易變異的病毒時(shí)，就如同拿著一張陳舊的地圖去探索未知的廣袤大陸，識(shí)別效率極為低下 。RNA病毒以RNA（核糖核酸）作為遺傳物質(zhì)，在復(fù)制過程中，其錯(cuò)誤修復(fù)機(jī)制的酶活性很低，這使得它們變異速度極快，與DNA病毒相比，更容易引發(fā)疾病，對(duì)宿主更致命，種類也更為多樣，疫苗研制難度極大，像艾滋病病毒、流感病毒、新冠病毒等都屬于RNA病毒。

此次研究中，科研團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，開發(fā)出了LucaProt人工智能算法。這一算法宛如一位不知疲倦且洞察力敏銳的探險(xiǎn)家，能夠?qū)Σ《竞头遣《净蚪M序列進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，并在海量的數(shù)據(jù)集中自主判斷病毒序列。它的工作原理基于Transformer框架——這也是構(gòu)建GPT等主流AI大模型的基礎(chǔ)框架，通過向其輸入蛋白質(zhì)序列，算法就能預(yù)測(cè)并識(shí)別病毒的核心蛋白“RdRp”（病毒RNA復(fù)制酶），進(jìn)而在大量基因組數(shù)據(jù)中搜尋未知病毒的類似蛋白序列。

科研團(tuán)隊(duì)利用這套強(qiáng)大的算法，對(duì)來自全球生物環(huán)境樣本的10487份RNA測(cè)序數(shù)據(jù)展開地毯式搜索，最終發(fā)現(xiàn)了超過51萬條病毒基因組，代表著超過16萬個(gè)潛在病毒種及180個(gè)RNA病毒超群。其中，有23個(gè)超群無法通過傳統(tǒng)的序列同源方法識(shí)別，它們就像隱藏在黑暗中的神秘寶藏，被科學(xué)家們稱為病毒圈的“暗物質(zhì)”，至此，這些長(zhǎng)期被忽視的病毒終于浮出水面。

二、發(fā)現(xiàn)背后的深遠(yuǎn)意義

1. 大幅拓展病毒多樣性認(rèn)知：在此次研究之前，國(guó)際病毒分類委員會(huì)（ICTV）定義的RNA病毒種類不超過5000種，而這次新發(fā)現(xiàn)的病毒數(shù)量是已知種類的近30倍，這無疑極大地豐富了我們對(duì)RNA病毒多樣性的認(rèn)知。施莽教授表示：“我們的研究展示了病毒多樣性的深度，但廣度仍有待更多樣本的補(bǔ)充?！?這表明，病毒世界的豐富程度遠(yuǎn)超我們的想象，人類目前所了解的僅僅是冰山一角，未來還有廣闊的未知領(lǐng)域等待探索。

2. 揭示病毒基因組的奧秘：研究團(tuán)隊(duì)不僅發(fā)現(xiàn)了數(shù)量驚人的新病毒，還在病毒基因組研究方面取得了突破性進(jìn)展。他們報(bào)告了迄今最長(zhǎng)的RNA病毒基因組，長(zhǎng)度達(dá)到47250個(gè)核苷酸；同時(shí)發(fā)現(xiàn)了超出以往認(rèn)知的基因組結(jié)構(gòu)，這顯示出RNA病毒基因組進(jìn)化具有超乎想象的靈活性，打破了以往病毒學(xué)家對(duì)其的認(rèn)知局限。此外，團(tuán)隊(duì)還識(shí)別到多種與細(xì)菌相關(guān)的功能蛋白，這進(jìn)一步表明還有更多類型的RNA噬菌體亟待探索。

3. 對(duì)疾病防控的重要價(jià)值：“人工智能的算法模型能夠挖掘出我們之前忽略或根本不知道的病毒，這種能力在疾病防控和新病原的快速識(shí)別中尤為重要?！笔┟Ы淌趶?qiáng)調(diào)。在疫情爆發(fā)時(shí)，時(shí)間就是生命，AI的快速和精準(zhǔn)能夠幫助科學(xué)家在最短時(shí)間內(nèi)鎖定潛在病原體，為疫情防控爭(zhēng)取寶貴時(shí)間。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，對(duì)病毒多樣性和演化歷史的深入了解，有助于我們提前預(yù)警未來可能出現(xiàn)的大流行疾病，為開發(fā)更有效的抗病毒方法和疫苗奠定基礎(chǔ)。

三、抗病毒方法：任重道遠(yuǎn)的探索之路

雖然此次發(fā)現(xiàn)了大量新病毒，但針對(duì)這些新病毒的抗病毒方法目前仍處于探索階段。由于RNA病毒的高度變異性，研發(fā)通用的抗病毒藥物和疫苗面臨著巨大挑戰(zhàn)。不過，此次研究成果為后續(xù)抗病毒研究提供了新的方向和靶點(diǎn)。例如，通過深入研究新發(fā)現(xiàn)病毒的基因組結(jié)構(gòu)和功能蛋白，科學(xué)家們有望找到病毒的“阿喀琉斯之踵”，從而開發(fā)出特異性的抗病毒藥物 。在疫苗研發(fā)方面，新的病毒序列信息也為設(shè)計(jì)更有效的疫苗提供了可能。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)16萬種新病毒這一成果，是人類探索病毒世界征程中的一座重要里程碑。AI技術(shù)的應(yīng)用開啟了病毒研究的全新路徑，讓我們看到了病毒世界的復(fù)雜與多樣。盡管在抗病毒方法的研究上還有很長(zhǎng)的路要走，但每一次新的發(fā)現(xiàn)都讓我們離戰(zhàn)勝病毒的目標(biāo)更近一步，未來，隨著研究的不斷深入，我們有理由期待能夠更好地應(yīng)對(duì)病毒帶來的挑戰(zhàn)，守護(hù)人類健康。