AI給生物學帶來的變革，仍在不斷突破想象。

近日，美國艾倫研究所宣布啟動「細胞景觀」（CellScapes）計劃，旨在結合尖端成像技術與AI模型來揭示細胞原理，構造細胞動態圖景，為科學家預測乃至設計細胞提供強大工具。

據悉，該項目將為期十年，由75名專家組成的團隊負責執行，期間并不設定固定的預算。

根據設想，CellScapes將用數學來描述細胞及其行為，提供測量和表征細胞的新方法，使得研究人員能夠以前所未有的清晰度來理解、預測和編程細胞行為。

艾倫研究所總裁兼CEO稱：“CellScapes 是一項突破性的‘登月計劃’，有望改變細胞生物學的范式。”

該項目還將為全球研究人員、教育工作者和學生提供公開可用的工具、數據和可視化效果，為再生醫學、癌癥研究和個性化療法的突破鋪平道路。

去年，斯坦福大學、基因泰克和陳-扎克伯格基金會的研究團隊在《Cell》發表論文指出，科學界正迎來“前所未有的機遇”——利用AI來創建虛擬細胞，表征和模擬生物分子、細胞乃至組織和器官的精確行為。

2024年諾貝爾化學獎得主、DeepMind首席執行官德米斯· 哈薩比斯也公開表達了對虛擬細胞的強烈興趣，認為這可能會徹底改變生物學研究。

今年3月，由中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院牽頭的人類細胞譜系大科學研究設施正式啟動建設，將打造數字細胞AI大模型。

面對虛擬細胞這個諾獎級的研究方向，以中美為代表的全球頂尖科研團隊正在加速布局。

富豪兄妹創立，專注生命科學基礎研究

艾倫研究所是由已故微軟聯合創始人保羅·艾倫（Paul G. Allen）和妹妹喬迪·艾倫（Jody Allen）共同創立的一家非營利的生物科學研究機構。

圖：喬迪·艾倫和保羅·艾倫

保羅·艾倫是比爾·蓋茨的伯樂和搭檔，為微軟的創立做出了突出貢獻，公司上市時他持有28%的股權，2006年他以227億美元的身家排名富豪榜六位。

淡出微軟管理的他十分熱衷于公益和慈善事業，于2003年創立艾倫研究所，豪擲1億美元作為啟動資金。

艾倫曾發表聲明稱將在死后向慈善事業捐獻大部分財產，他在聲明中表示：“我的大部分遺產將留給慈善事業，延續基金會的工作并資助非營利性科學研究，如艾倫研究所的突破性工作。”

研究所最初的目標是繪制哺乳動物的大腦圖譜，之后研究領域不斷拓展，在腦科學、細胞學和免疫學均有建樹。

2006年，艾倫研究所公布了實驗鼠的大腦基因圖譜，并在2011年繪制出了兩個迄今最完整的「人腦基因圖譜」。

這些發現為神經科學提供了重要支撐，為帕金森癥、精神分裂癥、多發性硬化癥甚至肥胖等疾病的研究提供了廣泛的研究數據。

圖：艾倫研究所

目前，艾倫研究所主要可以分為六大部門：艾倫腦科學研究所、艾倫細胞科學研究所、保羅·艾倫前沿小組、艾倫免疫學研究所、艾倫神經動力學研究所和西雅圖合成生物學中心（合作）。

這些部門均由領域內頂尖學者組成科學顧問委員會，專注于長期目標，致力于推動基礎科學的突破。

更加值得一提的是，艾倫研究所的工作全部無償公開給研究人員，自成立以來，艾倫研究所已公開了總計24PB的數據。

AI+生物學的下一個圣杯

想象一下，人類通過“虛擬細胞”模擬真實細胞的生長、代謝和變化過程，幫助科學家解析疾病機制、預測藥物效果。

這個看似只會出現在科幻小說中的場景，隨著AI與多組學技術的發展，正在變為現實。

2024年12月，斯坦福大學、基因泰克和陳-扎克伯格基金會的研究團隊在Cell上發表文章，呼吁全球科學界構建AI虛擬細胞。

與傳統細胞生物學依賴實驗不同，AI虛擬細胞通過計算模擬進行“虛擬實驗”，可以突破物理限制，高效測試多種假設和條件。

未來，虛擬細胞將推動疾病機制的深入研究、加速藥物研發、實現精準診斷和個性化醫療，并為合成生物學開辟新的路徑。

近年來，我國科學家已經在虛擬細胞這一方向取得初步突破，例如西湖大學郭天南團隊以蛋白質組學入手，探索構建虛擬細胞模型。

目前，郭天南團隊在研的AI虛擬細胞項目從酵母等較簡單但信息豐富的細胞模型出發，逐步擴展到更復雜的人類癌細胞系。

今年3月，“十四五”重大科技基礎設施——人類細胞譜系大科學研究設施在廣州國際生物島正式啟動建設。

該項目由中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院牽頭建設，將繪制人體中全生命周期的細胞時空演化圖譜，打造數字細胞AI大模型，構建數字生理人。

細胞譜系設施副總指揮陳捷凱對記者表示，未來一兩年，“數字細胞”就將面世。

繼AI改變蛋白質研究之后，虛擬細胞成為AI+生命科學的下一個圣杯，相關成果正加速向產業界應用轉化。

2024年諾貝爾化學獎得主、DeepMind首席執行官德米斯· 哈薩比斯稱AlphaFold團隊目前正在致力于虛擬細胞項目，預計在5年內將能夠幫助藥物發現和測試。

不久前，融資10億美元的AI制藥公司Xaira Therapeutics宣布聘請頂尖人工智能學者Bo Wang教授，幫助公司構建由AI驅動的虛擬細胞。

專家預測，虛擬細胞將在未來10-15年內真正實現，而日新月異的AI技術正在加快這一進程。

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