中國網/中國發展門戶網訊 新型研發機構作為順應新一輪科技反動和產業變革的產物，已成為國家科技創新體系的主要組成部門。在性命科學領域，新型研發機構憑借新的組織情勢和政策機制，是應對創新不確定性更高、研發與回報周期更長、產品化商業化更難等瓶頸問題的重生氣力，也是推動開放創重生態構建、新興產業與未來產業高質量發展、促進科技創新和經濟社會發展深度融會的樞紐平臺。近年來，由處所先行摸索，一批性命科學新型研發機構加快落地并穩步發展，在促進產學研深度融會、科技結果產業化、區域創新體系建設等方面發揮了主要感化。截至2021年末，我國生物醫藥產業領域新型研發機構數量達581家，占新型研發機構總量的24.10%。這些性命科學新型研發機構整體上仍處于摸索階段，存在本身造血才能缺乏、運行機制不完美、學術影響力偏弱等問題。
american、歐洲等國家和地區的一些非營利性科研機構，與我國推動建設的新型研發機構類似，其治理理念、組織形式、科研文明等具有借鑒意義。綜合考慮類似度、科研實力、學術影響力和結果轉化才能等原因，在諸多國外非營利性科研機構中，american華盛頓年夜學卵白質設計研討所（Institute for Protein Design）具有代表性。卵白質設計研討所以打造卵白質設計領域的“貝爾實驗室”為目標，搶抓人工智能驅動科學研討（AI for Science）和開放科學（open science）發展的新機遇，開展了大批前沿、頂尖的跨學科研討，樹立了高質量的科教產資協同創重生態，獲得了系列引領性、顛覆性的創新結果。該研討所以卵白質設計研討為基礎，以開拓卵白質領域產業化為目標，賦能技術供給、人才引育、結果轉化、企業孵化，現已成為全球性命科學前沿創新的關鍵氣力。探尋卵白質設計研討所創新之道，并提出相關對策建議，可為我國性命科學新型研發機構高質量發展、自立創新才能晉陞供給理論與實踐參考。
卵白質設計研討所的歷史沿革與創新成績
歷史沿革
卵白質是性命活動的重要執行者，也是分解生物學的關鍵底層元件。預包養平臺推舉測卵白質結構、設計天然界中尚不存在的卵白質，對于解碼性命現象、性命活動規律和擴展對生物系統的操控才能具有主要意義，是性命科學領域亟待破解的嚴重難題。為賦能卵白質科學衝破及轉化應用，基于David Baker團隊在該領域的國際領先位置，華盛頓年夜學于2012年4月創建卵白質設計研討所（以下簡稱“研討所”）。研討所重要依托american華盛頓年夜學醫學院建設，借助生物化學、工程學、計算機科學、醫學等學科優勢和西雅圖地區的軟件行業優勢，開展促進區域協同創新和產業發展的無益摸索。2014年6月，研討所設立轉化研討中間（Translational Research Center），用于推動基礎研討結果從實驗室走向市場，并孵化初創企業。2015年1月，研討所成立顧問委員會、學術委員會，邀請科技、產業、金融、投資等領域的杰出代表擔任成員，供給戰略指導和學術支撐。2017年，研討所進一個步驟加強研發才能戰爭臺建設，籌資1200萬美元布局深度學習技術、廣譜流感疫苗研發，并建成華盛頓年夜學首個冷凍電鏡中間。2018年，研討所著眼于引領卵白質設計反動（protein-design revolution）發布10年規劃，重點布局抗病毒疫苗、卵白質新藥、納米藥物遞送系統、卵白質檢測技術和新型納米儲能資料5個標的目的。面向AI for Science新范式，研討所進一個步驟加強穿插研討、創新策源和技術供給才能，具體包含：將以深度學習為代表的人工智能（AI）前沿技術用于卵白質設計，并與微軟公司樹立長期一起配合關系（2019年）；在american國際開發署（USAID）5年1.25億美元資助下，牽頭“病毒狩獵計劃”（Wildlife Virus Hunting Programme），對全球人畜共患病病原體開展檢測鑒定（2021年）；推動卵白質設計向環境修復、綠色制造、生物燃料和碳封存等領域拓展（2023年）。
成立以來，研討所走出了一條獨具特點的“小而精”發展途徑。在研討標的目的上，研討所當前重要布局卵白質結構預測、卵白質與小分子彼此感化、自組裝納米資料、新型卵白質骨架、酶設計和卵白質結構測定6個科研標的目的，以及卵白質治療、新型疫苗、先進藥物遞送系統、生物組件、納米資料、生物活性肽和算法開發7個應用標的目的。在氣力規模上，截至2023年，研討所人員規模超過250人；此中，首席研討員（PI）4名，博士后、研討生和本科生逾125名。科研用房面積2800平方米，建有卵白質制備、表征和工藝開發的11個實驗室平臺，以及算力基礎設施。在經費來源上，研討所2023財年經費3300萬美元，重要來自american國會、國防部、動力部、國立衛生研討院等當局資助，以及TED“無畏計劃”、比爾及梅琳達·蓋茨基金會、華盛頓研討基金會、寶來惠康基金等非營利性組織和個人捐贈。
創新成績
成立至今，卵白質設計研討所獲得了令人矚目標創新成績，并成為卵白質科學領域的全球領軍者。基于研討所科研結果產出，可以看出其在卵白質科學、產業級卵白質設計的主導位置。
標志性研討。研討所創新結果2次進選Science雜志年度十年夜科學衝破。定制設計卵白質（2016年）——通過計算生物學解析氨基酸的三維組裝機制，獲得具有特定效能的全新卵白質，為新型藥物和資料研發供給了老手段。AI預測卵白質結構（2021年）——基于深度學習準確預測出成千上萬個卵白質結構，對結構生物學產生嚴重影響，無望年夜幅推動基礎生物學研討、新藥靶點發現。該研討是Science雜志年度十年夜科學衝破之首，并被Nature Methods雜志評為年度技術。
論文發表。研討所不僅論文產出、被引頻次呈現逐年上升趨勢（圖1），還具有出色的研討質量（Science/Nature/Cell論文83篇、h指數101）、學術影響（篇均被引頻次91.88、高被引論文60篇）、創新潛力（熱點論文8篇）。近年來，隨著開發卵白質設計新東西RFdiffusion（2022年12月）、逆向從頭設計全新卵白質（2023年4月）、從頭設計高親和力結合卵白質（2023年12月）等基礎研討衝破，研討所進一個步驟拓展了卵白質設計的邊界。
專利授權。研討所著眼于布局卵白質設計產業，獲得100余項專利授權。授權專利重點標的目的為：針對卵白質結構預測、卵白質設計的通用技術方式，重要觸及建模方式、自組裝體、卵白質開關和新型卵白質骨架等；針對特定效能卵白質的設計優化，重要觸及酶、檢測試劑和抗病毒多肽等。此中，年夜部門專利由世界知識產權組織、american專利商標局授權，部門主要專利同步獲中國、japan(日本)、德國等授權。
產品研發。研討所研發的新型冠狀病毒疫苗SKYCovione已獲批上市，同時腫瘤免疫藥物NL-201、乳糜瀉治療藥物TAK-062、流感疫苗FluMos-v1和FluMos-v2共4個藥物進進臨床試驗階段（表1）。此中，SKYCovione由全球衛生非營利性組織風行病防范創新聯盟（CEPI）資助研發，是首款人工設計的納米顆粒疫苗，被世界衛生組織（WHO）列進緊急應用清單，并獲得韓國、英國同意。
卵白質設計研討所創新特點剖析
深耕基礎前沿先做強再做年夜
原創性和引領性的性命科學基礎前沿研討，具有摸索性、不確定性、長周期性的特征，既需求敢為全國先、勇闖“無人區”的創新精力，又需求厚積薄發、“十年磨一劍”的戰略定力。Baker團隊深耕卵白質設計領域，特別是在研討所成立并獲得廣泛支撐后，堅持奉行長期主義，持續晉陞原始創新才能，賦能科學摸索由易到難；不斷加強技術供給，驅動轉化運用由點及面。
Baker于1993年擔任華盛頓年夜學生物化學系任助理傳授后，著手獨立開展相關研討任務。在研討方式上，有別于主流的結構生物學經典實驗方式，Baker將計算生物學作為解謎的“金鑰匙”。1996年，他帶領團隊編寫可根據氨基酸序列解析卵白質結構的Rosetta法式，并通過迭代優化在后續的國際卵白質結構計算機預測系列比賽中持續堅持領先。在研討戰略上，Baker團隊運用格點計算、眾包科學等手腕，解決計包養網價錢算資源缺乏、模擬難度年夜等難題。Baker團隊于2005年發起Rosetta@home項目，在全球范圍內應用閑置計算資源進行卵白質計算；于2008年聯合研發電子游戲Foldit，實現了卵白質折疊的眾包科學。基于上述方式戰略，Baker團隊勝利設計首個非自然卵白質Top7（2003年）、用于乳糜瀉治療的重組酶KumaMax（2012年），揭開了卵白質從頭設計（de novo protein design）的尾聲，買通了“效能—設計—篩選”的計算鏈條。這些長期科學實踐中的積累，為研討所創建奠基了堅實基礎。
研討所創建后，繼續圍繞根據效能設計骨架、基于結構反推序列和預測篩選的底層邏輯進行布局。在個性技術創新上，研討所加速生物物理學、有機化學、免疫工程學、基因組學、生物信息學、計算生物學等多學科前沿理論與技術的穿插應用，迭代升級卵白質設計軟件東西箱。在研發才能建設上，研討所重點加強科研平臺設施配備，構成了以計算東西為焦點、學科穿插實驗室為支撐的布局。此中，建有270個計算節點、500塊英偉達GPU加快卡、9000個CPU內核的高機能計算基礎設施。在此基礎上，研討所實現了卵白質-小分子互作、卵白質亞基組裝和可編程設計等技術衝破。隨著系列新型卵白質的勝利設計，研討所將轉化應用由晚期聚焦疫苗、藥物，拓展至以生物醫藥、生物傳感為主體，觸及碳封存、綠色制造、綠色農業、生物資料和生物燃料的產業布局。
AI賦能干濕結合領跑新范式
隨著科學研討進進第五范式，性命科學和AI的穿插融會成為科學發展的主要趨勢。在性命科學領域，AI包養技術已經成為推動前沿創新的加快器，也是應對組合爆炸問題的新引擎。研討所通過疾速移植AI前沿技術賦能底層算法創新，結合濕實驗規模化制備驗證，構成干濕實驗有機結合的迭代創新路徑。
對于卵白質結構預測這一組合爆炸型問題，重點是樹立搜刮戰略，在一維氨基酸序列構成的海量三維結構狀態空間中高效檢索最優解。比擬傳統經驗主義、小規模或年夜規模試錯的方法，通過AI有用整合多模態實驗數據、多學科知識實現感性構建，成為破解這一難題的關鍵。研討所率先將深度學習Transformer神經網絡架構用于殘基形狀預測，勝利開發trRosetta軟件，在預測精度上實現了領先。在AlphaFold2軟件運用端到端模子訓練方式獲得衝破后，研討所敏捷借鑒并開發RoseTTAFold軟件，實現了可比擬的預測精度和更低的計算資源耗費，配合開啟了AI賦能性命科學的新時代。
對于卵白質設計這一無中生有型問題，重點是實現骨架天生、可表達序列篩選、預期結構婚配，構建與自然卵白質特徵類似、效能分歧的新型卵白質。比擬主流的濕實驗主導、干實驗輔助形式，通過AI實現高維空間、多種約束條件下的智能設計，是破解通過實驗方式無法解決問題的主要手腕。比擬單一的干實驗形式，結合濕實驗規模化制備驗證，更為合適性命科學研討特點和發展規律。研討所開發的RFdiffusion軟件率先運用計算機視覺標的目的的擴散模子，可完成卵白質骨架的智能設計；ProteinMPNN軟件通過疾速優化深度學習Structure Transformer神經網絡架構，可完成卵白質三維結構高效反推氨基酸序列。Rfdiffusion、ProteinMPNN和RoseTTAFold軟件配合實現了卵白質設計的智能化。在此基礎上，研討所結合濕實驗規模化制備驗證，構成了卵白質設計的干濕耦合。在系列代表性論文中，研討所均采用干實驗設計天生、濕實驗制備驗證的形式，并以大批篇幅展現濕實驗結果。例如，在發布ProteinMPNN軟件的論文中，研討所團隊表達、驗證了超過170個卵白質，并解析了此中2個卵白質結構，從而驗證了軟件的有用性。這一AI賦能、干濕結合的創新路徑，開啟了卵白質從頭設計的智能化時代。基于深度學習的卵白質設計，進選Nature雜志2024年值得關注的七年夜技術。
推動創新鏈與產業鏈融會發展
當前，性命科學開放式創新的特征日益凸起，基礎研討、應用研討、開發研討和產業化界線趨于含混，從創新到轉化的周期逐漸縮短。研討所著眼于發掘卵白質設計的廣闊應用遠景，塑造更為安康、可持續發展的世界，摸索創新鏈與產業鏈“雙鏈”協同，以前沿技術創新推動產業發展，催生新技術、新產品、新形式。
研討所依托轉化研討中間設立“轉化研討員計劃”，在支撐科學衝破從創意走向產品、從實驗室走向市場上發揮了關鍵感化。計劃重要面向博士后，由性命科學發現基金會、華盛頓州研討基金會和華盛頓年夜學等供給資金支撐，顧問委員會、學術委員會和華盛頓年夜學商業化中間等供給專業指導。計劃梯度設置4個階段：基礎研討階段，支撐卵白質科學基礎問題摸索，評估結果發展潛力與應用遠景； 轉化研討階段，供給研發指導、經費資助戰爭臺支撐，晉陞技術成熟度；初創公司階段，依托華盛頓年夜學供給創業指導、創業孵化，助推科研人員成為創業者； 衍生公司階段，在西雅圖地區發布獨立法人公司，推動臨床試驗、產業一起配合和產品市場化。
“轉化研討員計劃”設立10年以來，研討地點卵白質設計、新藥研發、代謝工程、生物傳感等領域孵化9家衍生公司，累計融資超過10億美元（表2）。此中，新型納米顆粒技術研發及應器具有代表性。該研討于2014年獲“轉化研討員計劃”支撐，由博士后Neil King負責。資助期滿后，King將這一技術用于疫苗、藥物遞送效能性卵白質納米資料設計，并于2018年依托研討所孵化Icosavax公司，開展納米顆粒疫苗的商業開發。Icosavax公司布局呼吸道合胞病毒與人類偏肺病毒聯合疫苗（臨床Ⅱ期）等4個管線的抗病毒疫苗研發，并于2021年在american納斯達克上市。2023年12月，英國-瑞典制藥公司阿斯利康以11億美元收購Icosavax公司及其新型納米顆粒技術，顯示出卵白質設計在生物醫藥產業的應用遠景、商業價值。
發揮戰略科學家定向引航感化
戰略科學家是在科技創新活動中，以前瞻性戰略思維謀劃標的目的布局、帶動關鍵領域創新才能晉陞的關鍵少數。從初創起步到領軍卵白質設計反動，研討所創新創業的斐然成績，充足展現了所長Baker的帥才感化和獨到價值。
在創新文明上，深入掌握性命科學穿插融會創新、使能技術驅動和生物醫藥產業規模增長的發展趨勢，Baker明確了研討所科學家精力與企業家精力相結合的文明基因。作為研討所的“架構師”，他主張面向性命安康、可持續發展需求，攻關具有前沿性、挑戰性和開拓性的科學問題、工程技術難題和產業技術問題。他倡導充足享用純粹科研的樂趣，不以發表論文為終點，而是盡力晉陞創新的質量、效益和價值。
在治理形式上，安身打造卵白質設計的“創意工廠”，Baker采用進化科學“集體年夜腦”理念，通過實施扁平化、分布式、開放性治理，構成創新的集群效應、網絡效應。以實驗室治理為例，他發揮“中樞”感化，依附基因組科學、生物工程、化學工程、計算機科學和物理學的穿插佈景，引導跨學科、跨領域、多主體、多視角融會創新；堅持親自指導研討生、博士后，鼓勵自立選題、不受拘束摸索；營造寬松氛圍，通過組會、年會、下戰書茶活動和戶外團建等情勢，激發思惟碰撞、創新靈感。
在brand塑造上，Baker堅持知識天生與影響力打造并重，以期建成卵白質設計領域的“貝爾實驗室”。通過引領卵白質設計天生、構建開源算法軟件生態、驅動產業化應用，研討地點成為關鍵焦點技術原始創新策源地的同時，推動卵白質設計從性命科學“舞臺”的邊緣邁向中心。基于brand效應，研討所成為人才集聚“強磁場”，并通過培養、輸出人才持續擴年夜國際影響。同時，Baker先后榮獲性命科學衝破獎（2021年）、威利生物醫學科學獎（2022年），并被行業媒體STAT評為性命科學領域最具影響力的50位領導者之一（2024年）。
構建開放共享融會創重生態
年夜科學、年夜數據、年夜工程的當代科學研討范式，使跨組織、跨領域、跨地區、跨行業的聯合研討成為性命科學研討的重要潮水。在數字化、智能化時代，科學運用眾包思惟、分布式計算和云平臺等，成為讓性命科學創新跑出“加快度”的關鍵。
在科研協作方面，憑借本身的學術影響力、科研硬實力、學術話語權，研討所構建構成以american霍華德·休斯醫學研討所、哈佛年夜學、梅奧診所等100余家機構為焦點，覆蓋英國、加拿年夜、中國等130個國家和地區5000余家機構的協同創新網絡。通過持續鞏固戰略引領位置、發揮輻射帶動感化，實現了創新資源、動能和氣力的廣泛集聚。
在科企一起配合方面，研討所與安捷倫科技無限公司、微軟公司、元宇宙公司、安進公司、啟明創投公司等科技、互聯網、醫藥、資本領域的9家全球行業領先企業樹立了一起配合伙伴關系，獲得了高質量的儀器設備、計算資源、制藥技術、資本運營支撐，有用加強了軟件硬件實力、技術供給才能、產品創新潛力和市場適應才能。例如，微軟公司價值400萬美元、亞馬遜網絡服務公司價值100萬美元的云計算資源支撐及數據服務，晉陞了研討所的數據運算與存儲才能。
在開放創新方面，分歧于性命科學領域常規的資源互補一起配合形式，研討所采用計算機領域的開源社區開發、游戲化學習形式：樹立完美了Rosetta社區（Rosetta Commons），通過線上學術聯盟優化設計計算建模和卵白質結構預測的Rosetta系列軟件；開發Foldit游戲，借助眾包形式吸引年夜眾參與加快卵白質研討，構成了性命科學穿插融會創新的新形式。此中，Rosetta系列軟件已授權給30000個團體，支撐了眾多學術、產業研發項目，并且仍在運營升級。
對性命科學新型研發機構建設的啟示
卵白質設計研討所以基礎前沿研討為基礎，以拓展產業新興領域為目標，實現了科研范式塑造、創重生態構建、資源優化設置裝備擺設、科技結果供給，具有主要借鑒意義。當前，性命科學已成為科技強國建設的主要衝破口，晉陞原始創新、技術供給和產品天生才能，需求促進新型研發機構實現從量的積累到質的躍升。在汲取國外無益經驗的同時，性命科學新型研發機構建設要充足應用好新型舉國體制優勢，摸索中國特點發展途徑，從而支撐我國在性命科學領域搶占國際競爭制高點、構筑發展新優勢。
聚焦頂層設計加強軌制保證
推動和保證新型研發機構高質量、可持續發展，是國家創新體系建設和科技體制改造的主要標的目的。基于年夜學、區域和國家的多元支撐，卵白質設計研討所敏捷突起，有用反哺了華盛頓州生物醫藥產業，并成為american在該領域的主要創生力軍。
在新型研發機構蓬勃發展的潮水下，要充足發揮新型舉國體制優勢，研討制訂發展規劃、治理軌制，營造加倍有利于創新和發展的政策環境。在頂層設計包養上，摸索嵌進國家科技創新體系的路徑辦法，暢通晉升國家隊的通道；凸起科研特區優勢位置，鼓勵精準化、差異化、個性化改造摸索，打造科研機制創新試驗田；樹立完美并退改規則，廢除區域創新資源流動的軌制障礙。在機制建設上，針對性命科學新型研發機構更多瞄準基礎前沿研討、加倍依賴政策支撐與資金保證的特點，樹立健全以質量、績效、貢獻為焦點的綜合評價機制，財政穩定支撐與多元資助結合的經費保證機制，以及市場化運作、企業化治理的運營治理機制等。
安身以精立業搶占變革先機
鼎力推進關鍵焦點技術攻關，盡力獲得原創性、迭代性、顛覆性創新結果，是晉陞科技創新引領力和國際競爭力的要義，也是新型研發機構建設布局的著力點。Baker帶領團隊努力于卵白質設計研討，在研討所成立后持續深耕主業，是獲得系列原創性、引領性結果的關鍵。
當前，性命科學進進數據爆發的新時代，AI驅動的性命科學研討新范式呼之欲出，迸發出一批疾速發展的前沿研討標的目的。在建設布局上，應當以戰略高度、長遠角度、全球視野，圍繞“小而精、小而特、小而強”的建設思緒，進一個步驟優化性命科學新型研發機構布局。重視瞄準國家急需的“高精尖缺”等領域，堅持從第一性道理出發，建設細分標的目的“一技之長”、新興產業“一席之地”的性命科學新型研發機構，推動以點的衝破搶占新興產業發展先機。在研發形式上，面對新范式的機遇和挑戰，需求性命科學新型研發機構高效運用AI前沿科技結果、數據資源和算力基礎設施，著力開發自立原創的算法、軟件，主動適應、掌握和引領知識與模子雙驅動的干濕結合形式。
凸起市場導向集聚創新要素
性命科學技術行業市場規模日趨擴年夜，既向科技創新提出了宏大需求，也為結果轉化供給了廣闊泥土。卵白質設計研討所買通科技研發、結果轉化、企業孵化的創新創業鏈條，構建從實驗室到產業化的橋梁樞紐、產學研用有機結合的創新網絡，開放式創新、市場化創新特征凸起。超年夜規模的市場是我國的主要優勢，也是促進關鍵焦點技術攻關的最基礎動力。
性命科學新型研發機構建設，需求充足借助市場機制的有利感化。在資源集聚上，發揮新型研發機構平臺樞紐感化，吸納學術界、產業界、投資界等多元化人才參加理事會，構建涵蓋科研機構、醫療機構、投資機構和企業等的廣泛一起配合網絡；借助金融投資、科技金融等拓寬融資渠道，通過組織國際一起配合項目、科學計劃主動布局和積極應用國際創新資源。在結果轉化上，重視掌握市場需求、市場機制、市場規律，構建從“0到1再到N”的結果轉化體系，加強創業幫扶指導促進企業孵化，樹立健全結果轉化收益激勵機制，推動科研人員參與結果的產業化、商業化、資本化，通過靠產業、靠市場實現“自我造血”效能。
堅持以人為本營造寬松環境
人才是第一資源，是科技創新的焦點驅動力。營造傑出科研生態環境，源源不斷聚才、引才、育才，是進步科技創新質量效力的關鍵。卵白質設計研討所極力優化創新微生態、塑造brand影響力，集聚戰略科學家、科技領軍人才和青年科技人才，為原始創新包養持續注進動能。
當前，我國在性命科學領域的科技帥才比較稀缺，穿插前沿標的目的的領軍拔尖人才數量亟待晉陞，急切需求科技創新與人才驅動同頻共振。新型研發機構因其體制機制優勢，能夠有用發揮人才集聚的“磁場效應”，為性命科學前沿創新供給強年夜的人力資源保證。在創新環境上，通過樹立實施基于創新質量與產業貢獻的長周期人才評價機制，科學公道的容錯免責機制，以及扁平化、模塊化、開放化的科研人員治理形式等，營造崇尚創新、鼓勵摸索、干事創業、尋求出色的科研氛圍。在人才建設上，進一個步驟發揮戰略科學家“關鍵少數”感化，樹立以信賴為基礎的應用機制，賦予更年夜自立權和決策權；加強復合型人才培養，摸索“人才+工程/任務”組織形式，進一個步驟擴年夜職稱自立評審權限并打破年齡、成分與職級等限制，樹立與企業的人才雙向流動機制，著力培養兼具科學家精力與企業家精力的領軍拔尖人才。
（作者：趙潤州、倪銘、法云智、伯曉晨、焦劍，軍事科學院軍事醫學研討院。《中國科學院院刊》供稿）