一种名为PROTEUS的新系统利用生物AI在哺乳动物细胞内进化蛋白质，为先进的基因疗法和分子工具提供了更快的开发路径。技术可用于设计新型和增强型分子，以解决生物技术和医学中的挑战。
来自悉尼大学查尔斯·珀金斯中心的研究人员创建了一种被称为“生物人工智（biological artificial intelligence）”的突破性系统，用于在哺乳动物细胞内开发和优化具有增强或全新功能的分子。该系统为科学家提供了一种强大的工具，可用于创造更精确的研究工具和靶向基因疗法。
该系统被称为PROTEUS（PROTein Evolution Using Selection），其基础是一种被称为“定向进化”的实验室技术，模拟自然进化的运作方式。与可能需要数年或更长时间的自然进化不同，PROTEUS显著加快了这一过程，使新型分子的开发可在几周内完成。
这一进展在改善医疗治疗方面具有巨大潜力。例如，PROTEUS可以用于增强CRISPR等基因编辑技术的性能，提高其在治疗应用中的精确性和有效性。
“这意味着PROTEUS可用于生成高度适应人体功能的新分子，我们可以利用它制造出当前技术难以或根本无法生产的新型药物。”共同通讯作者、悉尼大学Dr. John and Anne Chong功能基因组学实验室主任Greg Neely教授表示。
“我们工作的创新之处在于，定向进化主要在细菌细胞中进行，而PROTEUS可以在哺乳动物细胞中进化分子。”
生物AI解决分子难题
PROTEUS可以被赋予一个不确定解决方案的问题，类似于向人工智能平台输入提示。例如，问题可能是如何在人体内高效关闭一个致病基因。
然后，PROTEUS利用定向进化技术，探索数百万种尚未自然存在的可能序列，并找到具有高度适应性以解决该问题的分子。这意味着PROTEUS可以帮助找到原本需要人类研究人员多年才能解决的问题的答案，甚至可能根本无法解决。
研究人员报告称，他们使用PROTEUS开发了改进版本的蛋白质，这些蛋白质可以更容易地被药物调控，并开发了可检测DNA损伤的纳米抗体（抗体的迷你版本），而DNA损伤是推动癌症发展的重要过程。但他们指出，PROTEUS的应用并不限于此，它可以用于增强大多数蛋白质和分子的功能。
这项研究结果发表在《自然通讯》上，研究工作在悉尼大学查尔斯·珀金斯中心与百年研究所合作完成。
解锁分子机器学习
最初在细菌中进行的定向进化的发展获得了2018年诺贝尔化学奖的认可。
“定向进化的发明改变了生物化学的轨迹。现在，借助PROTEUS，我们可以向哺乳动物细胞编程一个我们尚不知如何解决的遗传问题。让我们的系统持续运行意味着我们可以定期检查，了解系统是如何解决我们的遗传挑战的。”主要研究人员Christopher Denes博士表示。
Denes博士和团队面临的最大挑战是如何确保哺乳动物细胞能够承受多轮进化和突变并保持稳定，而系统不会“作弊”并提出一个不解决预期问题的简单解决方案。
他们发现，关键在于使用嵌合病毒样颗粒，即采用一种病毒的外壳并结合另一种病毒的基因的设计，从而阻止系统“作弊”。
该设计结合了两个显著不同病毒家族的部分，结合了各自的优势。由此产生的系统允许细胞并行处理许多不同的可能解决方案，其中改进的解决方案胜出并变得更加主导，而错误的解决方案则逐渐消失。
“PROTEUS稳定、可靠，并已通过独立实验室的验证。我们欢迎其他实验室采用这一技术。通过应用PROTEUS，我们希望推动新一代酶、分子工具和治疗药物的发展。”Denes博士表示。
“我们将这一系统对研究社区开源，我们很期待看到人们会用它来做什么。我们的目标将是增强基因编辑技术，或微调mRNA药物以获得更强大和特异的效果。”Neely教授说。
参考文献：“A chimeric viral platform for directed evolution in mammalian cells” by Alexander J. Cole, Christopher E. Denes, Cesar L. Moreno, Lise Hunault, Thomas Dobson, Daniel Hesselson 和 G. Gregory Neely，2025年5月7日发表于《自然通讯》。DOI: 10.1038/s41467-025-59438-2
声明：Alexander Cole、Christopher Denes、Daniel Hesselson 和 Greg Neely 已为该技术提交临时专利申请。
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