文/朱澤洋 薛勇(中國農(nóng)業(yè)大學(xué))
我們每天的飲食中,必不可少要攝入蛋白質(zhì),但實際上,很多蛋白質(zhì)不能很好地被人體消化、吸收、利用,而蛋白質(zhì)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(zhì)的一種水解產(chǎn)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(zhì)和氨基酸之間大小的一種物質(zhì),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(fā)現(xiàn)活性肽,越來越多的活性肽被證實具有體內(nèi)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(xiàn)在我們擅長的領(lǐng)域。
我們是一支試圖在食品專業(yè)與人工智能的交叉領(lǐng)域探尋機(jī)遇的團(tuán)隊,結(jié)合團(tuán)隊老師自身的研究背景和我們的興趣方向,一個想法進(jìn)入了視野——設(shè)計開發(fā)一款人工智能產(chǎn)品,利用AI來尋找、發(fā)現(xiàn)、篩選蛋白質(zhì)水解后的小分子活性肽。
“據(jù)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(jìn)行過發(fā)現(xiàn)和篩選,目前已經(jīng)成功地發(fā)現(xiàn)和篩選出了多種小分子活性肽,這些肽產(chǎn)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(nóng)產(chǎn)品及其廢料上,如果我們能夠在一些廢棄的、價值較低的農(nóng)產(chǎn)品中提煉出價值幾倍甚至幾十倍于廢棄農(nóng)產(chǎn)品的肽,那不僅能促進(jìn)對小分子肽的利用,興許還能建立一條產(chǎn)業(yè)鏈!”
經(jīng)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(fā)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(fā)現(xiàn)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(jié)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(shù)據(jù)。我們對AI下達(dá)篩選某種小分子活性肽的指令,AI就會根據(jù)指令快速、精準(zhǔn)、高效地發(fā)現(xiàn)、篩選出食物中存在的,可能具有我們需要的某種目標(biāo)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(jié)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(huán)境,也就是相應(yīng)的水解工藝中才能發(fā)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(zhǔn)選定用什么樣的“剪刀”在什么樣的條件下完成剪切的任務(wù)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(nèi)外動物實驗?zāi)酥僚R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(yù)防的效果。
實驗數(shù)據(jù)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(xiàn)實的。那么,我們就可以運用技術(shù)以大豆為原料進(jìn)行提取,并實現(xiàn)量產(chǎn),量產(chǎn)后的肽產(chǎn)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(fā)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(jìn),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(biāo)方向定向前進(jìn),一種新型的小分子活性肽的研發(fā)時間由原來的3~5年縮短到現(xiàn)在的2~10個月,這也加快了肽類產(chǎn)品的升級迭代。
當(dāng)然,為了教會AI尋肽,需要做大量的準(zhǔn)備工作,我們構(gòu)建起了一個集成目前主流功能小分子活性肽數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫。構(gòu)建數(shù)據(jù)庫前,我們對各大功能肽類數(shù)據(jù)庫進(jìn)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(shù)據(jù)庫,利用相關(guān)軟件將各類數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成,最終完成構(gòu)建。我們建成的數(shù)據(jù)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(nèi)相對完善的小分子活性肽數(shù)據(jù)庫,能夠滿足功能肽在多種場景中的篩選與應(yīng)用,從而為產(chǎn)品迭代提供數(shù)據(jù)儲備和篩選依據(jù)。這就像是一本翔實的“肽字典”,如果我們在某種食物中發(fā)現(xiàn)以某一種氨基酸排列順序的肽我們不認(rèn)識,那就可以結(jié)合它的特征,放到數(shù)據(jù)庫中去驗證,便可發(fā)現(xiàn)它具有某一種功能和其他有用信息。在經(jīng)歷漫長的編程和程序調(diào)試工作后,AI便正式上崗了。
在AI的協(xié)助下,具有降壓、降糖、抗炎、抗衰老功能的肽陸續(xù)被發(fā)現(xiàn),我們的工作也在持續(xù)推進(jìn),預(yù)計后續(xù)會發(fā)現(xiàn)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(shù)篩選發(fā)現(xiàn)的小分子活性肽委托給代工廠進(jìn)行量產(chǎn),產(chǎn)品已經(jīng)得到了市場的初步認(rèn)可,如果后續(xù)順利的話,我們會考慮建廠,做成一條自己的產(chǎn)業(yè)鏈。