AI寻肽

文/朱泽洋 薛勇(中国农业大学）

我们每天的饮食中，必不可少要摄入蛋白质，但实际上，很多蛋白质不能很好地被人体消化、吸收、利用，而蛋白质水解后的小分子活性肽却能很好地改善这一点。

小分子活性肽是蛋白质的一种水解产物，是氨基酸以肽键连接在一起而形成的化合物，我们可以把它理解为介于蛋白质和氨基酸之间大小的一种物质，具有易被人体吸收的特点。同时，小分子活性肽还可能具有某种特异功能，比如降压、降糖、抗炎等。有研究文章表明，目前在小麦、大米、大豆、大蒜、紫菜等植物性食物中均发现活性肽，越来越多的活性肽被证实具有体内外降压作用。

那么，如何才能得到小分子活性肽呢？这一课题正好出现在我们擅长的领域。

我们是一支试图在食品专业与人工智能的交叉领域探寻机遇的团队，结合团队老师自身的研究背景和我们的兴趣方向，一个想法进入了视野——设计开发一款人工智能产品，利用AI来寻找、发现、筛选蛋白质水解后的小分子活性肽。

“据我所知，位于爱尔兰的一家名叫“Nuritas”的公司率先使用AI对小分子肽进行过发现和筛选，目前已经成功地发现和筛选出了多种小分子活性肽，这些肽产品在北美的销售额非常高。”

“不如我们将研究对象聚焦在一些可食用的农产品及其废料上，如果我们能够在一些废弃的、价值较低的农产品中提炼出价值几倍甚至几十倍于废弃农产品的肽，那不仅能促进对小分子肽的利用，兴许还能建立一条产业链！”

经过不断讨论、打磨方案，我们正式着手让AI去寻肽。

在人类食物发展史上占有重要地位的大豆再次成了我们的实验原料。通过阅读大量资料，我们了解到大豆中可能含有的某种小分子活性肽，具有降压功效，于是打算利用AI去发现和筛选出大豆中的肽。

这个过程中，AI其实就是我们的工具，它好比Excel表格中“筛选”和“查找”功能的结合，而食物中含有的肽则像是待被这一功能检索的Excel表中的数据。我们对AI下达筛选某种小分子活性肽的指令，AI就会根据指令快速、精准、高效地发现、筛选出食物中存在的，可能具有我们需要的某种目标功能的肽。

找到某种肽只是第一步，接下来，我们还要得到它，也就是将其制备出来。此时，AI的使命并未结束，要制备出小分子活性肽，我们还需要用到一种特殊的剪刀——水解酶。但是不同的小分子活性肽所需要的水解酶“剪刀”型号不同，某一特定型号的“剪刀”又需要在特定的环境，也就是相应的水解工艺中才能发挥作用。于是，选择合用的水解酶“剪刀”以及水解工艺的重任就又落到了AI头上，精准选定用什么样的“剪刀”在什么样的条件下完成剪切的任务对AI来说同样不在话下。

获得了小分子活性肽原料后，就要深入了解这种肽究竟是否具备我们期望得到的功能了，通过体内外动物实验乃至临床实验验证，证实大豆中的这种肽确实存在良好的降压功效，对高血压人群具有辅助治疗和预防的效果。

实验数据告诉我们，大豆中含有这种具有降压功能的小分子活性肽，但为什么人们食用大豆由来已久，却并未感觉到它的降压功效呢？这主要是由于大豆中这种小分子活性肽的含量不够丰富，而让高血压人群为了降血压摄入大量大豆是根本不现实的。那么，我们就可以运用技术以大豆为原料进行提取，并实现量产，量产后的肽产品可以加入到功能食品或保健品中，为高血压患者带来福音。

这就是一种新型的小分子活性肽基本的研发过程了，在AI介入之前，这些工作都靠人工在实验室里一点点推进，无头绪，无方向的探索通常会耗费大量人力、物力、财力和时间，效率很低。有了AI就不同了，它能够朝着目标方向定向前进，一种新型的小分子活性肽的研发时间由原来的3～5年缩短到现在的2～10个月，这也加快了肽类产品的升级迭代。

当然，为了教会AI寻肽，需要做大量的准备工作，我们构建起了一个集成目前主流功能小分子活性肽数据的数据库。构建数据库前，我们对各大功能肽类数据库进行了搜寻、查阅、对比，最后选定了目前几大主流的功能小分子活性肽数据库，利用相关软件将各类数据库中的数据进行集成，最终完成构建。我们建成的数据库几乎囊括了近15年来已报道的所有功能活性肽，功能活性肽种类大于20种，容量大于10万级，是已知国内相对完善的小分子活性肽数据库，能够满足功能肽在多种场景中的筛选与应用，从而为产品迭代提供数据储备和筛选依据。这就像是一本翔实的“肽字典”，如果我们在某种食物中发现以某一种氨基酸排列顺序的肽我们不认识，那就可以结合它的特征，放到数据库中去验证，便可发现它具有某一种功能和其他有用信息。在经历漫长的编程和程序调试工作后，AI便正式上岗了。

在AI的协助下，具有降压、降糖、抗炎、抗衰老功能的肽陆续被发现，我们的工作也在持续推进，预计后续会发现更多功能小分子活性肽，这些肽可以加入到市场中的各类保健品、化妆品、食品饮料中，丰富消费市场，让消费者的选择多样化。目前，我们将利用独有技术筛选发现的小分子活性肽委托给代工厂进行量产，产品已经得到了市场的初步认可，如果后续顺利的话，我们会考虑建厂，做成一条自己的产业链。