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記者5月25日從國家超級(jí)計(jì)算天津中心獲悉，由該中心黨組書記、首席科學(xué)家孟祥飛和清華大學(xué)智能產(chǎn)業(yè)研究院蘭艷艷教授領(lǐng)銜的AI生物醫(yī)藥團(tuán)隊(duì)，研發(fā)的面向超大規(guī)模藥物發(fā)現(xiàn)的人工智能虛擬篩選平臺(tái)——GalaxyVS正式發(fā)布。該平臺(tái)依托新一代天河超算系統(tǒng)，在全球范圍內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)對(duì)近千億級(jí)可合成化合物空間的秒級(jí)虛擬篩選，將傳統(tǒng)需數(shù)月甚至數(shù)年的藥物早期篩選過程縮短至數(shù)十秒。

長(zhǎng)期以來，創(chuàng)新藥物研發(fā)面臨“雙十”困境——耗時(shí)超十年、投入超十億美元。其中，從海量化合物中找到能靶向特定蛋白的活性分子尤為關(guān)鍵。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)篩選成本高、周期長(zhǎng)，常規(guī)分子對(duì)接方法計(jì)算效率有限且假陽性率較高。隨著可合成化合物庫邁入千億乃至萬億級(jí)規(guī)模，現(xiàn)有虛擬篩選技術(shù)在算法、算力、存儲(chǔ)和工程化能力上均面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

“GalaxyVS不是對(duì)既有模型的簡(jiǎn)單放大，而是圍繞近千億級(jí)化學(xué)空間重構(gòu)了一套‘AI模型+超級(jí)計(jì)算+高性能檢索+藥物化學(xué)約束’的全流程平臺(tái)。”項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)核心成員、國家超級(jí)計(jì)算天津中心李培順博士介紹。平臺(tái)以清華大學(xué)智能產(chǎn)業(yè)研究院團(tuán)隊(duì)前期發(fā)表于《科學(xué)》雜志的DrugCLIP模型為基礎(chǔ)，將蛋白口袋與小分子映射到統(tǒng)一向量空間，把傳統(tǒng)依賴逐一對(duì)接的蛋白—配體匹配問題，轉(zhuǎn)化為可大規(guī)模并行執(zhí)行的高維向量快速檢索問題，從根本上突破了傳統(tǒng)分子對(duì)接在速度和規(guī)模上的限制。

在算力層面，GalaxyVS充分發(fā)揮新一代天河超算的大規(guī)模并行能力。團(tuán)隊(duì)基于YH-Torch智能計(jì)算框架，對(duì)DrugCLIP模型開展國產(chǎn)異構(gòu)算力適配與深度優(yōu)化，替換傳統(tǒng)CUDA/GPU依賴，使近千億級(jí)分子編碼從算法設(shè)想真正轉(zhuǎn)化為可穩(wěn)定運(yùn)行的超算工程。在檢索環(huán)節(jié)，系統(tǒng)引入磁盤原生圖索引框架并結(jié)合定制化內(nèi)存預(yù)加載機(jī)制，有效解耦共享存儲(chǔ)瓶頸與計(jì)算執(zhí)行過程，為超大規(guī)模虛擬篩選提供了關(guān)鍵吞吐能力。

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，系統(tǒng)利用千級(jí)DSP節(jié)點(diǎn)完成全模式生物物種約400萬個(gè)靶點(diǎn)口袋的高效編碼，并在2萬多個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)上開展超大規(guī)模分子檢索。單次檢索千億分子庫幾十秒內(nèi)即可完成，平均單個(gè)靶點(diǎn)口袋檢索用時(shí)不到1秒。系統(tǒng)日吞吐量達(dá)約16萬億次分子對(duì)接，比當(dāng)前國際最先進(jìn)的超算紀(jì)錄高出6個(gè)數(shù)量級(jí)。

李培順強(qiáng)調(diào)：“我們不僅追求‘篩得快’，更追求‘篩得準(zhǔn)、篩得新、篩得穩(wěn)’。”面對(duì)超大化學(xué)空間中候選分子易集中于少數(shù)相似骨架的問題，GalaxyVS基于分子指紋對(duì)全庫進(jìn)行結(jié)構(gòu)聚類與分片，引入多樣性因子保證篩選結(jié)果具有豐富的分子骨架和結(jié)構(gòu)多樣性，并進(jìn)一步引入高保真親和力預(yù)測(cè)模型進(jìn)行重排序，實(shí)現(xiàn)高速粗篩與精準(zhǔn)精篩的協(xié)同統(tǒng)一。

李培順表示，這一平臺(tái)將有效破解傳統(tǒng)藥物研發(fā)中“活性分子稀少、可篩空間不足、候選分子同質(zhì)化”的難題，為腫瘤、神經(jīng)退行性疾病、新發(fā)傳染病、罕見病等領(lǐng)域的先導(dǎo)分子發(fā)現(xiàn)提供全新路徑，同時(shí)在突發(fā)公共衛(wèi)生事件中可大幅提升藥物研發(fā)響應(yīng)速度。

未來，GalaxyVS有望進(jìn)一步拓展至跨物種蛋白—配體互作圖譜構(gòu)建、大規(guī)模開放數(shù)據(jù)集建設(shè)和AI驅(qū)動(dòng)藥物發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推動(dòng)藥物研發(fā)從經(jīng)驗(yàn)試錯(cuò)走向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、從局部篩選走向全局探索、從單一模型走向系統(tǒng)工程。

（國家超級(jí)計(jì)算天津中心供圖）