近日，悉尼大学科学家在《自然通讯》发表了一项突破性研究，成功开发出名为PROTEUS的生物人工智能系统，能够在哺乳动物细胞中直接设计和进化具有新功能的分子，为基因疗法和研究工具开发提供了革命性新工具。

这项由悉尼大学查尔斯·珀金斯中心联合百年研究所完成的研究，创造性地将定向进化技术应用于哺乳动物细胞。PROTEUS（Protein Evolution Using Selection，利用筛选机制进行蛋白质进化）系统通过模拟自然进化过程，将原本需要数年甚至数十年的进化周期缩短至数周。

“这意味着我们可以用 PROTEUS 生成在人体内具有高度功能性的全新分子，从而研发出现有技术难以或无法制造的新型药物。”悉尼大学约翰与安妮·张博士功能基因组学实验室室主任、论文共同作者格雷格·尼利教授（Greg Neely）表示。研究人员将 PROTEUS 形容为类似人工智能平台，其创新之处在于改变了以往定向进化主要在细菌细胞中进行的状况，转而在哺乳动物细胞中实现分子的进化。并且，PROTEUS 系统可以根据设定的问题，比如高效关闭人体内高效的一个致病基因，利用定向进化探索数百万种自然界尚未存在的分子序列，并找出最适合解决问题的分子，让以前可能需要数年甚至都难以完成的研究工作，在数周内即可看到成果。

“最早在细菌中实现的定向进化技术曾获得2018年诺贝尔化学奖，这项技术的发明改变了生物化学的发展路径。基于此，PROTEUS 系统让我们可以进一步在哺乳动物细胞中输入尚未明确解决方案的遗传问题。”来自悉尼大学查尔斯·珀金斯中心及生命与环境科学学院的首席研究员克里斯托弗·德内斯博士 （Christopher Denes）说。PROTEUS 的工作机制是让哺乳动物细胞持续运行，科学家可以通过定期查看，了解系统是如何解决遗传问题。研究人员目前已利用 PROTEUS 开发出能更容易受药物调控的改良版蛋白质，以及可检测 DNA 损伤的纳米抗体，DNA 损伤是导致癌症的重要过程。但PROTEUS 的应用远不止于此，它还可用于增强绝大多数蛋白质和分子的功能。

当前，团队所面临的最大挑战是如何让哺乳动物细胞在多轮进化与突变过程中保持稳定，同时避免系统“作弊”，即以无效但看似合理的方式绕开真正问题。研究人员突破性地引入“嵌合病毒样颗粒”，即将一种病毒的外壳与另一种病毒的基因结合，阻止系统作弊。这种设计结合了两种病毒家族的特点，实现优势互补。最终，系统能并行处理多个解决方案，优胜方案逐渐占据主导地位，无效方案则被淘汰。

“PROTEUS 系统稳定、可靠，这已由其他独立实验室验证。我们欢迎其他研究机构采用这一技术，以推动新一代酶类、分子工具和治疗方法的发展。”Denes 博士表示。据悉，PROTEUS 系统将面向科研社区免费开放，目标是改进基因编辑技术，或优化 mRNA 药物，使其更强效、更具特异性。