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Biohub 要把生物学变成工程学

Biohub: The Future of Biology is Open-Source with Mark Zuckerberg, Priscilla Chan, and Alex Rives
节目时长 56 分钟 阅读约 12 分钟
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Biohub 要把生物学变成工程学 插画

Mark Zuckerberg、Priscilla Chan 和 Alex Rives 解释 Biohub 为何押注开放的 AI 生物世界模型。

核心要点

  • 5亿美元:CZI 将 Biohub 变成最核心的慈善项目,并投入 5 亿美元做 virtual biology,目标不是单点治病,而是加速整个科学系统。
  • 开放工具:Biohub 的基本判断是科学缺少共享工具和共享知识库,所以更愿意把模型与数据开放给社区,而不是把它关进一家公司。
  • 层级建模:Mark 强调要从蛋白相互作用开始,逐层理解细胞、免疫系统和身体内的动态系统,不能跳过底层机制直接模拟宏观疾病。
  • 11亿蛋白:Alex 介绍新 ESM 模型已预测超过 11 亿个蛋白结构,且在蛋白-蛋白、蛋白-抗体交互上达到关键基准。
  • 个体医学:Priscilla 的目标是理解一个人从基因变异到疾病机制再到干预的完整链条,让治疗不再只是“像某类患者所以试试某药”。
  • 临床瓶颈:AI 可能大幅缩短分子设计和毒性预测,但临床研究、招募、监管和真实患者部署仍需要新的制度与医生参与。
  • 反中心化:Mark 明确反对“一个中央超级智能解决所有科学”的想象,认为进步来自把工具放进个体科学家手里,让边缘想法也能被尝试。
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章节时间轴

详细内容

一、Biohub 的原始问题:科学为什么慢

Priscilla 回忆,CZI 最早提出“到本世纪末治愈、预防和管理所有疾病”时,遇到过一连串尴尬但有教育意义的会议。许多诺奖级科学家听到这个目标会笑,因为生物医学研究长期被困在学科孤岛、工具孤岛和数据孤岛里。论文发表并不等于知识被真正共享,一个博士后写出来的工具可能只存在于他自己的电脑上,一旦毕业就消失。

这让 Biohub 的第一性原理变得很清楚:如果科学共同体的瓶颈是共享工具、共享数据和共享知识库,那么最有杠杆的慈善工作不是资助某一个疾病项目,而是建设能被大量科学家复用的基础设施。Mark 也强调,他们不是要自己成为“治愈疾病的人”,而是要让整个科学领域的进步速度变快。

Biohub 最初的模式,就是把工程师和科学家跨大学组织在一起,长期做工具开发。这个模式后来从旧金山扩展到纽约、芝加哥等 Biohub,并逐渐收敛到 virtual biology:用独特数据集去建模蛋白、细胞乃至更大尺度的生物系统。

二、为什么生物学不是“再训练一个大模型”那么简单

Mark 给出的关键区别是:语言模型可以吃互联网上已有的大量文本,但生物学没有同等规模、同等覆盖面的现成数据。很多他们想建模的东西,今天根本还没有被看见、记录或测量。例如更高分辨率的成像、体内过程记录、炎症测量设备、细胞通信传感器,这些都需要 Biohub 自己建设实验能力来生成新型数据。

这也是 Biohub 选择“AI 与 wet lab 一体化”的原因。Alex 的加入让这一点更明确:如果要进入新的科学时代,模型不能只从旧数据里离线学习,而要和实验生物学构成反馈循环。模型提出问题,实验产生数据,数据反过来修正模型,这样才可能逐步从发现型科学走向工程型科学。

Priscilla 用单细胞测序举例说明这种路径。CZI 最早资助方法共享,后来资助 Human Cell Atlas,再后来建设 Cell by Gene 工具。这个工具起初只是帮助科学家标注数据,但围绕它形成的社区不断贡献新数据,最终让它成为许多 transcriptomic 模型的语料基础。也就是说,工具、社区和模型之间会形成复利。

三、层级世界模型:从蛋白到细胞,再到系统

节目中一个重要问题是:蛋白折叠模型的成功,能否自然延伸到细胞行为和更大尺度系统?Mark 的回答很谨慎:每一层都会有不同数据和不同建模技术,但如果要真正理解生物系统,必须按层级搭建。没有蛋白相互作用,就很难理解细胞;没有细胞层面的理解,就很难理解免疫系统或身体里多个细胞群的动态交互。

Priscilla 补充说,Biohub 的特别之处在于能有意收集连接层级的数据:比如在细胞内看 transcriptomics 的空间定位,在透明斑马鱼中观察发育过程,在不同分子之间用传感器看细胞通信。这些连接点就是模型跨层级泛化的“组织结构”。

Alex 则把它放在信息理论语境里:生命系统有复杂层级,每个层级都由下层构成。如果希望数字模型回答新的实验问题,就需要在每一层都有正确建模基础,并用足够规模的数据揭示底层信息架构。

四、模型不是黑箱:mechanistic interpretability 的生物学价值

Alex 对 protein language model 的解释很具体。这类模型训练在蛋白序列的“代码”上,目标类似预测下一个 token。它并没有被显式告知结构和功能,但在学习数十亿蛋白序列后,会涌现出生物结构和功能的表征。

这使 mechanistic interpretability 在生物学里有了新用途。传统上,它用于理解大语言模型的表示空间;在蛋白模型里,它可能帮助科学家打开黑箱,看到模型如何把未知蛋白和已知蛋白连接起来。换句话说,模型不仅能预测结构,还可能帮助发现人类还没有命名的机制关系。

Alex 最乐观的地方在于,如果模型真的学到了底层生物学表示,人们就能询问它:某个治疗为什么起作用?某个蛋白如何影响疾病过程?某个未知蛋白与已知功能之间有什么联系?这不只是自动化实验,而是从模型中提取新的科学知识。

五、ESM 的新进展:从结构预测到蛋白设计

Alex 重点介绍了刚发布的新 ESM fold 系统。他称其为开放的蛋白生物学发现引擎:这是基于语言模型的蛋白世界模型,训练在数十亿蛋白序列上,可以快速预测原子分辨率蛋白结构。他说团队已经折叠并预测了超过 11 亿个蛋白结构,并用 mechanistic interpretability 找到连接它们的特征。

更关键的是,模型不只是预测结构,还能搜索世界模型空间来设计新蛋白。Alex 强调,他们并没有专门为抗体设计一个模型,也没有为某一个靶点设计模型,而是训练了一个理解蛋白的一般模型,结果“蛋白设计”成了涌现能力。

这个闭环也进入实验验证。团队可以在数字空间里从数十万条轨迹中筛选,再合成 96 个蛋白,用 96 孔板进行实验,最终找到 nanomolar binders。Priscilla 补充,团队还用细胞实验和 cryo-EM 显微镜验证功能与结构,看到 binding interface 的原子级细节。这是 Biohub 想要的闭环:模型给出候选,实验验证,数据再进入模型。

六、个体医学、临床转化与稀有病

Priscilla 最有人味的部分,是她解释为什么这件事和患者有关。今天如果一个人有非标准疾病,医生常常只能去 PubMed 查论文、看 supplement、判断这个患者是否像论文中的样本,然后试一种可能影响相关通路的药。她认为这仍然缺乏真正机制理解。

她希望未来能理解个体的遗传风险、疾病机制、蛋白功能和可干预点。某些疾病现在只需要先搞清楚哪些基因变异致病,哪些不致病;另一些疾病已经知道链条,但还缺乏改变特定蛋白功能的方法。如果能设计蛋白改变生理过程,就可能真正治愈一些人。

但几位嘉宾也没有把问题说得过于简单。传统药物开发中,分子和临床前工作可能只是总成本的一小部分,漫长且昂贵的是临床试验、毒性、安全、招募和监管。Priscilla 认为更好的细胞图谱和 transcriptomic 模型可以提前发现 off-target effects,比如某个肾细胞也表达了目标受体,从而在人体试验前预测风险。Mark 还提到 rare disease 的患者群体已经在自组织登记、自然史数据库、biobank 和临床试验,这可能让长尾疾病的经济性发生变化。

七、开放生态:不是中央智能,而是更多人能尝试

当主持人问为什么不把这些能力商业化时,Mark 的回答是:也许它可以成为一门生意,但作为开放项目会更快落到更多科学家手里,影响更大。这种开放理念和 Meta 的开源 AI 思路一脉相承,但在生物学里还要同时考虑 biosafety。

Mark 明确反对“某个中央超级智能解决所有科学”的想象。他认为科学和社会进步历来不是靠集中化完成的,而是靠把工具交给个体,让许多人尝试主流之外的想法。开放模型不是唯一形式,但它是一种把能力放到更多人手中的方式。

人才层面也是同样逻辑。Mark 认为 AI 科学家当然可以去大模型公司做语言模型,但那些地方没有同等前沿的生物实验体系。Biohub 的吸引力在于同时拥有数据、工具、计算、人才和使命。Alex 说,这个使命现在已经严肃到“不是百年后才可能”的程度。Mark 则补充,AI 研究并不一定需要几百上千人,一个十几到几十人的极强团队也能推动前沿。

金句

我们不是要自己治愈疾病,而是要建工具,让整个科学领域一起更快地治愈疾病。 —— Mark Zuckerberg 2:18
生物学没有一个互联网规模的现成数据集,很多关键数据必须先被发明出来。 —— Mark Zuckerberg 4:39
如果能把生物学从发现型科学推进到工程型科学,那就是一个巨大的转折。 —— Priscilla Chan 7:43
我们没有为抗体专门设计模型,只是设计了一个理解蛋白的模型,蛋白设计就成了涌现能力。 —— Alex Rives 30:02
我们的愿景不是一个中央超级智能解决所有科学,而是把工具放到个体手里。 —— Mark Zuckerberg 39:21

提到的书·产品·人物

适合谁听

适合关注 AI for science、药物发现、开放模型、个体化医疗与科研机构设计的创业者、研究者和技术管理者。

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