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NVIDIA为天壤提供计算能力强劲AI平台和行业解决方案

科技绿洲 来源:NVIDIA英伟达 作者:NVIDIA英伟达 2022-06-22 11:25 次阅读

天壤成立于 2016 年,是一家专注于通用智能研究的创新企业。致力于打造复杂系统下的通用人工智能平台。天壤 XLab 以创新的 AI 计算方式破解生命科学难题,希望为人类生命健康和疾病疗法带来革命性改变。目前围绕蛋白质结构、功能、相互作用、突变及设计等核心问题开发适用于生物计算的算法和平台。

天壤以 AI 为驱动,推出的全新的蛋白质设计平台 —— TRDesign。平台采用全新的蛋白设计理念,突破之前蛋白质设计方法计算复杂粗糙且需要主侧链反复迭代更新的难题,根据目标功能快速生成氨基酸序列。AI 通过大量学习蛋白质序列与结构的关系,能够准确探索出蛋白质可折叠空间所有潜在的可能性。将在蛋白质折叠中学到的序列-结构-功能关联反向映射,端到端地从头进行蛋白质设计、检测并进行稳定性、亲和力优化,以从头设计的路线快速生成多肽、抗体、蛋白质。

目前天壤正全力推动特性更优异的人工蛋白质设计工艺和药物开发流程。同时,基于强化学习和自学习领域的见解,正结合实验自动化,设计一个全智能化的湿实验平台 TRLab ——以 AI 为内核、依靠实验数据的反馈来建立自我强化学习的实验体系,真正超越传统化学和生物学方法,以规模化的方式加快探索更具有价值的蛋白质和落地转化,应用于生物医学和化学、工业、农业、食品、材料学、环境保护等众多领域。

蛋白质由 20 多种氨基酸以不同长度排列组合组成,在几微秒至几毫秒内迅速地折叠成一个特殊的三维结构,决定蛋白质之间迥异的功能。自然界中已知的蛋白质序列数据达数十亿,要研究亿级蛋白质序列和百万级蛋白质结构与对应功能,才能获取蛋白质折叠中序列-结构-功能的高维数据关联关系,这需要对大量蛋白质序列数据进行计算。

对于底层分子层面的微观计算模拟,要实现高效预测和目标功能的氨基酸序列的快速生成,需要探索蛋白质可折叠空间的所有潜在可能性。对于提取开发共进化信息、深入模拟蛋白质之间的相互作用、构建大规模相互作用图网络、靶点发现、突变蛋白质结构模拟、抗体模拟等研究工作,需要更好的模拟计算策略及更高性能的计算基础设置来支撑,极具挑战。

天壤通过借助 NVIDIA A100 Tensor Core GPU、 NVIDIA RTX 3090 GPU 加速平台,利用深度学习、强化学习、高性能计算三大工具,解决了超大复杂生物模型计算中的高纬数据的分析问题,使模型兼具微观尺度的精度和宏观尺度的效率。利用 AI 研究了亿级的蛋白质序列和百万级的蛋白质结构与对应功能,建立了序列-结构-功能间的深层关联,并成功将一维序列映射到三维结构,进而将这种高维关联进行普适性应用,快速生成具有特定功能的蛋白质。

使用 NVIDIA 解决方案后,极大地提升了天壤在生物计算当中运用深度学习、强化学习等多种机器学习算法根据目标功能蛋白研究进行模型设计、训练等过程的迭代和优化效率,降低基于 AI 的蛋白质研究、检验的计算闭环成本。

近年来 AI 计算对长期存在的基础科学问题的解决上做出了很大贡献,特别是生物计算在复杂系统高纬关联信息挖掘与生命系统设计方面呈现的巨大优势。传统的蛋白质结构解析及蛋白质设计等复杂工程都需要生物科学家、研究员在实验室进行,有仪器造价高、耗时长、实验流程复杂等困难。而运用 AI 技术的生物计算,通过对海量生物数据信息的分析,模型设计和优化,使高通量、准确的蛋白质结构信息的获取成为现实,大幅加速蛋白质工程设计。

“天壤是 NVIDIA 初创加速计划(NVIDIA Inception)成员企业。在 AI 技术赋能生物科技领域, NVIDIA GPU 对整个流程的加速提供了强大的基础架构。在训练环节,天壤能够通过模型设计、数据蒸馏、数据增强等手段来调整和优化模型,突破已解析蛋白质结构有限的数据掣肘。在基于人体细胞内微环境分子层面的多组学分析和蛋白设计环节,得益于 NVIDIA GPU 先进计算框架的支撑和稳定安全的算力服务保障。” 天壤 XLab 实验室负责人苗洪江博士表示。

“生命科学爆发的时代才刚刚到来,目前 NVIDIA 也在加速构建基因组学、药物研发等项目,提高数据分析和处理效率,提供计算能力强劲的 AI 平台和行业解决方案。我们希望通过 NVIDIA Inception 计划,推动以 AI 蛋白质设计能力为核心、干湿实验闭环能力支撑的规范化流程,加快探索具有高价值的蛋白质。”

审核编辑:彭静
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