AI尋肽

文/朱澤洋 薛勇(中國農業大學）

我們每天的飲食中，必不可少要攝入蛋白質，但實際上，很多蛋白質不能很好地被人體消化、吸收、利用，而蛋白質水解后的小分子活性肽卻能很好地改善這一點。

小分子活性肽是蛋白質的一種水解產物，是氨基酸以肽鍵連接在一起而形成的化合物，我們可以把它理解為介于蛋白質和氨基酸之間大小的一種物質，具有易被人體吸收的特點。同時，小分子活性肽還可能具有某種特異功能，比如降壓、降糖、抗炎等。有研究文章表明，目前在小麥、大米、大豆、大蒜、紫菜等植物性食物中均發現活性肽，越來越多的活性肽被證實具有體內外降壓作用。

那么，如何才能得到小分子活性肽呢？這一課題正好出現在我們擅長的領域。

我們是一支試圖在食品專業與人工智能的交叉領域探尋機遇的團隊，結合團隊老師自身的研究背景和我們的興趣方向，一個想法進入了視野——設計開發一款人工智能產品，利用AI來尋找、發現、篩選蛋白質水解后的小分子活性肽。

“據我所知，位于愛爾蘭的一家名叫“Nuritas”的公司率先使用AI對小分子肽進行過發現和篩選，目前已經成功地發現和篩選出了多種小分子活性肽，這些肽產品在北美的銷售額非常高。”

“不如我們將研究對象聚焦在一些可食用的農產品及其廢料上，如果我們能夠在一些廢棄的、價值較低的農產品中提煉出價值幾倍甚至幾十倍于廢棄農產品的肽，那不僅能促進對小分子肽的利用，興許還能建立一條產業鏈！”

經過不斷討論、打磨方案，我們正式著手讓AI去尋肽。

在人類食物發展史上占有重要地位的大豆再次成了我們的實驗原料。通過閱讀大量資料，我們了解到大豆中可能含有的某種小分子活性肽，具有降壓功效，于是打算利用AI去發現和篩選出大豆中的肽。

這個過程中，AI其實就是我們的工具，它好比Excel表格中“篩選”和“查找”功能的結合，而食物中含有的肽則像是待被這一功能檢索的Excel表中的數據。我們對AI下達篩選某種小分子活性肽的指令，AI就會根據指令快速、精準、高效地發現、篩選出食物中存在的，可能具有我們需要的某種目標功能的肽。

找到某種肽只是第一步，接下來，我們還要得到它，也就是將其制備出來。此時，AI的使命并未結束，要制備出小分子活性肽，我們還需要用到一種特殊的剪刀——水解酶。但是不同的小分子活性肽所需要的水解酶“剪刀”型號不同，某一特定型號的“剪刀”又需要在特定的環境，也就是相應的水解工藝中才能發揮作用。于是，選擇合用的水解酶“剪刀”以及水解工藝的重任就又落到了AI頭上，精準選定用什么樣的“剪刀”在什么樣的條件下完成剪切的任務對AI來說同樣不在話下。

獲得了小分子活性肽原料后，就要深入了解這種肽究竟是否具備我們期望得到的功能了，通過體內外動物實驗乃至臨床實驗驗證，證實大豆中的這種肽確實存在良好的降壓功效，對高血壓人群具有輔助治療和預防的效果。

實驗數據告訴我們，大豆中含有這種具有降壓功能的小分子活性肽，但為什么人們食用大豆由來已久，卻并未感覺到它的降壓功效呢？這主要是由于大豆中這種小分子活性肽的含量不夠豐富，而讓高血壓人群為了降血壓攝入大量大豆是根本不現實的。那么，我們就可以運用技術以大豆為原料進行提取，并實現量產，量產后的肽產品可以加入到功能食品或保健品中，為高血壓患者帶來福音。

這就是一種新型的小分子活性肽基本的研發過程了，在AI介入之前，這些工作都靠人工在實驗室里一點點推進，無頭緒，無方向的探索通常會耗費大量人力、物力、財力和時間，效率很低。有了AI就不同了，它能夠朝著目標方向定向前進，一種新型的小分子活性肽的研發時間由原來的3～5年縮短到現在的2～10個月，這也加快了肽類產品的升級迭代。

當然，為了教會AI尋肽，需要做大量的準備工作，我們構建起了一個集成目前主流功能小分子活性肽數據的數據庫。構建數據庫前，我們對各大功能肽類數據庫進行了搜尋、查閱、對比，最后選定了目前幾大主流的功能小分子活性肽數據庫，利用相關軟件將各類數據庫中的數據進行集成，最終完成構建。我們建成的數據庫幾乎囊括了近15年來已報道的所有功能活性肽，功能活性肽種類大于20種，容量大于10萬級，是已知國內相對完善的小分子活性肽數據庫，能夠滿足功能肽在多種場景中的篩選與應用，從而為產品迭代提供數據儲備和篩選依據。這就像是一本翔實的“肽字典”，如果我們在某種食物中發現以某一種氨基酸排列順序的肽我們不認識，那就可以結合它的特征，放到數據庫中去驗證，便可發現它具有某一種功能和其他有用信息。在經歷漫長的編程和程序調試工作后，AI便正式上崗了。

在AI的協助下，具有降壓、降糖、抗炎、抗衰老功能的肽陸續被發現，我們的工作也在持續推進，預計后續會發現更多功能小分子活性肽，這些肽可以加入到市場中的各類保健品、化妝品、食品飲料中，豐富消費市場，讓消費者的選擇多樣化。目前，我們將利用獨有技術篩選發現的小分子活性肽委托給代工廠進行量產，產品已經得到了市場的初步認可，如果后續順利的話，我們會考慮建廠，做成一條自己的產業鏈。