文 | 聚美麗 沐 沐
來自生命科學(xué)的前沿研究，始終是化妝品行業(yè)創(chuàng)新的重要源泉。而在探索生命科學(xué)的邊界中，人工智能(以下簡稱：AI)技術(shù)正成為一個不可或缺的研究工具，尤其是在蛋白質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域，AI技術(shù)的應(yīng)用正在揭開蛋白質(zhì)的神秘面紗。
在AI與生命科學(xué)深度融合的背景下，2024年諾貝爾化學(xué)獎頒給了Demis Hassabis、John Jumper和David Baker，以表彰他們借助AI和計算技術(shù)在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測和設(shè)計領(lǐng)域的革命性貢獻。這一發(fā)現(xiàn)不僅徹底改變了蛋白質(zhì)科學(xué)的研究范式，也開啟了生命科學(xué)的新紀元。
瑞德林副總裁壽翀在接受聚美麗采訪時也表示，“在美妝領(lǐng)域，AI+生命科學(xué)的應(yīng)用價值是確定的，應(yīng)用趨勢也是確定的。AI+生命科學(xué)，可為美妝發(fā)展帶來新的增量，或?qū)⒊蔀樾碌男袠I(yè)風(fēng)口。”
因此，本文旨在引介最新諾獎技術(shù)，結(jié)合市場需求與行業(yè)趨勢，解讀AI+生命科學(xué)在化妝品領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與未來潛力，并探討背后的挑戰(zhàn)與可能性。
揭秘蛋白質(zhì)，AI開啟生命科學(xué)新紀元
今年的諾貝爾化學(xué)獎，一半授予谷歌旗下DeepMind的Demis Hassabis和John Jumper，另一半授予美國華盛頓大學(xué)西雅圖分校的David Baker。
2024諾貝爾化學(xué)獎獲得者
三位研究者的突出性貢獻主要集中在蛋白質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域，且和AI密切相關(guān)。具體來看，Demis Hassabis和John Jumper成功利用AI技術(shù)預(yù)測了幾乎所有已知蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，而David Baker則掌握了生命的構(gòu)建模塊，并設(shè)計出全新的蛋白質(zhì)。
1、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測的智能化飛躍
長期以來，預(yù)測蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)一直是生物化學(xué)領(lǐng)域的一項重大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的實驗方法，如X射線晶體學(xué)和核磁共振，不僅耗時且成本高昂，而且對很多蛋白質(zhì)來說難以實現(xiàn)。而AI技術(shù)的利用為解決這一難題提供了新的途徑。
AlphaFold2，一種由Demis Hassabis和John Jumper領(lǐng)導(dǎo)的DeepMind團隊開發(fā)的AI模型，其采用全新的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，能夠更有效地學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)序列和結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。尤其是，該AI模型可將蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測的精度提高至接近實驗級水平，從而解決了困擾生命科學(xué)界50多年的難題。
使用AlphaFold2預(yù)測的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)
通過AlphaFold2，Demis Hassabis和John Jumper已經(jīng)能夠預(yù)測，幾乎所有2億個已經(jīng)被研究人員識別的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。自該項突破性技術(shù)公開以來，來自190個國家的200多萬人已經(jīng)使用了AlphaFold2。
2、蛋白質(zhì)設(shè)計的個性化與精準化
除了預(yù)測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，科學(xué)家們還致力于從頭設(shè)計自然界不存在的全新蛋白質(zhì)，以滿足各種需求，例如開發(fā)新藥、酶和生物材料等。
作為蛋白質(zhì)設(shè)計領(lǐng)域的先驅(qū)之一，David Baker開發(fā)了用于蛋白質(zhì)設(shè)計的Rosetta程序，該程序基于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和能量函數(shù)的原理，可以根據(jù)用戶的需求設(shè)計出全新的、自然界中不存在的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。這一突破性成就證明了從頭設(shè)計蛋白質(zhì)的可行性，并為構(gòu)建具有全新功能的蛋白質(zhì)開辟了道路。
利用Rosetta程序開發(fā)的蛋白質(zhì)
AlphaFold2和 Rosetta的出現(xiàn)，標志著蛋白質(zhì)科學(xué)進入了一個全新的紀元。這兩個突破性成就，將在醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、材料科學(xué)以及生物技術(shù)等領(lǐng)域產(chǎn)生深遠影響。
而近年來隨著生物技術(shù)的快速發(fā)展，計算生物學(xué)、生物信息學(xué)等基于計算機以及AI技術(shù)在藥物研發(fā)等領(lǐng)域逐步應(yīng)用，并開始延申到化妝品行業(yè)的原料自主創(chuàng)新領(lǐng)域，賦能化妝品行業(yè)上游發(fā)展。
AI的滲透，重構(gòu)蛋白類原料研究的底層邏輯
從很多美妝品牌的成長與發(fā)展來看，研發(fā)原料是其中繞不開的一個環(huán)節(jié)。然而在現(xiàn)實情況中，原料的開發(fā)和創(chuàng)新始終存在著較高的技術(shù)門檻。
就多肽及蛋白類原料而言，其開發(fā)過程中主要面臨活性鑒定、精準設(shè)計、生產(chǎn)效率等方面的困難。而借助AI在蛋白質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域的革新技術(shù)，能夠加快突破這些原料技術(shù)障礙。
1、AI賦能生物研發(fā)，預(yù)測更高活性和靶點清晰的肽類成分
肽類成分的開發(fā)通常會經(jīng)歷三個階段，從發(fā)現(xiàn)成分，到臨床前的生物活性測試，再到臨床試驗。
在AI技術(shù)的加持下，原料公司們不僅能夠在較短的周期內(nèi)開發(fā)出多款化妝品功效成分，而且可利用生物信息技術(shù)更精準地驗證成分具體作用功效，象征著更高的成分開發(fā)效率。
在國外，總部位于美國的愛爾蘭生物技術(shù)公司Nuritas搭建了一個使用AI驅(qū)動的生物活性肽查找器Magnifier NπΦ，并且借助此平臺發(fā)現(xiàn)了兩種新成分PeptiYouth和PeptiStrong。據(jù)該公司表示，借助AI預(yù)測的肽可使臨床功效驗證的成功率提高至80%。
從這個平臺的開發(fā)過程來看，研究人員從大量天然植物當(dāng)中，通過專有酶分解得到了數(shù)百萬種從前未開發(fā)的肽，經(jīng)過實驗?zāi)Ｐ妥C明這些肽對于受體的作用。結(jié)合自然語言處理、數(shù)據(jù)搜集和管理，他們編織一個龐大的知識圖譜，解鎖了共超過600萬種植物肽的數(shù)據(jù)。
生物活性肽查找器 Magnifier NπΦ
而在國內(nèi)，與AI技術(shù)相關(guān)的研究也不只限于概念，而是一直處于發(fā)展和進步中。
譬如，清華長三角研究院旗下開發(fā)了一個KEPLER 90i活性成分發(fā)現(xiàn)平臺，主要利用計算生物學(xué)結(jié)合人工智能等綜合方法挖掘開發(fā)新的功能分子。在此基礎(chǔ)上，他們僅歷時一年，就成功研發(fā)出了能有效緩解黑眼圈問題的兩種肽原料——Biocorrectide DC以及具有抗衰修護作用的Retinotide EQ9。
其中，Biocorrectide DC煥顏肽，是一款基于計算生物學(xué)和全新微循環(huán)靶點結(jié)構(gòu)理性化設(shè)計的多肽分子，通過分子動力學(xué)模擬和基于人工智能的多肽-蛋白結(jié)合力預(yù)測交叉驗證獲得，具有全新的與血液循環(huán)相關(guān)的黑眼圈靶點的精準調(diào)控能力，能夠?qū)崿F(xiàn)熬夜肌黑眼圈的精準修護。在功效設(shè)計上，可以和各類經(jīng)典抗黑眼圈原料協(xié)同增效。
另一款Retinotide EQ9立體肽，是通過人工智能深度學(xué)習(xí)的方法從極具再生抗衰功效的間充質(zhì)細胞所分泌的大量天然活性肽因子中通過虛擬篩選獲得，該多肽分子對光老化的修復(fù)效果在膠原蛋白激活等關(guān)鍵指標上，同等濃度甚至要優(yōu)于同樣具備抗衰修護作用的藍銅肽和玻色因。
此外，未名拾光也建立了一個數(shù)據(jù)量為百億級別的“生物多肽活性分子數(shù)據(jù)庫”，通過計算機語言轉(zhuǎn)化，可快速查詢?nèi)我饣钚晕锏幕蚓幋a?；谶@樣的數(shù)字化理念，未名拾光從“發(fā)現(xiàn)功效活性分子”“設(shè)計構(gòu)建目標分子”和“規(guī)模化生產(chǎn)”三個板塊，對整個“產(chǎn)學(xué)研”過程進行了數(shù)字化和智能化改造，構(gòu)成了“生物智造平臺”，用于篩選活性物。
2、AI聚焦生物制造，為蛋白類原料的理性設(shè)計提供新可能
除了活性原料的研發(fā)，AI蛋白質(zhì)的精準設(shè)計理念也正從實驗室走向?qū)嶋H應(yīng)用，逐步實現(xiàn)AI+蛋白質(zhì)設(shè)計在化妝品行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化。
作為蛋白質(zhì)設(shè)計中的重要部分，酶工程就在化妝品領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。使用AI進行蛋白質(zhì)設(shè)計或優(yōu)化，不僅可以獲得性能更好的酶成分用于個護產(chǎn)品，還能通過優(yōu)化酶篩選改造效率，提高由酶法制造的活性原料的工業(yè)化產(chǎn)量。
譬如，早在2021年，聯(lián)合利華便通過AI開發(fā)出一種用在家用清潔產(chǎn)品中的新型酶，其與原來成分相比更具穩(wěn)定性，可持續(xù)性和性能優(yōu)勢，清潔力還提升了5倍之多。
據(jù)了解，這款新型酶是由聯(lián)合利華和合成生物學(xué)公司Arzeda，在18個月內(nèi)聯(lián)合開發(fā)而來，是家用清潔產(chǎn)品中的關(guān)鍵抗污成分。通過借助Arzeda 的智能蛋白質(zhì)設(shè)計技術(shù) ，這款新型酶能夠減少水和能源的使用，并可取代家用清潔產(chǎn)品中的石油衍生成分。
可以看到，Arzeda的智能蛋白質(zhì)設(shè)計技術(shù) 在短時間內(nèi)取得的進展，展示了AI技術(shù)和生物學(xué)的聯(lián)合應(yīng)用對家庭護理行業(yè)的改變。
此外，聚美麗還了解到瑞德林也在AI技術(shù)的加持下，利用酶催化技術(shù)，實現(xiàn)了S玻色因、肌肽等特色活性原料的規(guī)模化量產(chǎn)。
據(jù)壽翀介紹：“在酶的篩選和改造領(lǐng)域，我們使用AI技術(shù)和生物計算輔助酶的虛擬篩選，將酶通量提高了100倍，這不僅提升了酶分子的篩選改造效率，還減少了實驗室篩選的工作量，極大地降低了研發(fā)成本?！?/p>
此外，壽翀告訴聚美麗，除了瑞德林外，還有不少國內(nèi)外企業(yè)利用AI+酶篩選技術(shù)進行原料開發(fā)，比如，拜爾斯道夫在開發(fā)美白成分——異丁酰胺基噻唑基間苯二酚(630)時，就運用了AI+數(shù)據(jù)分析輔助研發(fā)，從上萬種成分中篩選出有效成分，以人酪氨酸酶為模型測試，最終創(chuàng)造出能夠高效抑制黑色素生成的、首個基于人類酪氨酸酶開發(fā)的第630號成分。
可以看到，借助AI技術(shù)在蛋白質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域的突破性成就，一方面，可以簡化肽類原料的研發(fā)過程，縮短研發(fā)周期，顯著提升原料研發(fā)的效率，同時在大數(shù)據(jù)驅(qū)動的支持下對配方設(shè)計做出更為明智的決策。另一方面，還能推動可應(yīng)用于日化行業(yè)的、包含酶等在內(nèi)的蛋白類活性原料的生物合成及產(chǎn)業(yè)化。
“在研發(fā)端，除了原料篩選與產(chǎn)品開發(fā)，AI技術(shù)還被用于打造創(chuàng)新配方，這也是我們正在做的?！眽哿堁a充道，“比如，麥吉麗就通過AI技術(shù)對消費者情緒的分析和解讀，開發(fā)出了讓消費者感到愉悅放松的配方，并應(yīng)用其產(chǎn)品中?！?/p>
AI+生命科學(xué)，將成美業(yè)下一增量大風(fēng)口？
如今，隨著AI與生命科學(xué)向美妝領(lǐng)域逐步滲透，AI技術(shù)、生命科學(xué)、美業(yè)的大融合模式正成為行業(yè)主流趨勢。那么，三者之間的碰撞，將擦出怎樣的火花？AI與生命科學(xué)的結(jié)合，會成為美業(yè)的下一個增量大風(fēng)口嗎？
首先，AI技術(shù)已成為美業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力的重要引擎。
AI技術(shù)正以不可逆的應(yīng)用趨勢，滲透進化妝品研發(fā)、生產(chǎn)、營銷等各個方面。根據(jù)InsightAce Analytic報告，預(yù)計2030年全球AI美容化妝品市場規(guī)模將達到133.4億美元，2021年至2030年復(fù)合年增長率高達19.7%。這表明AI美妝市場在全球范圍內(nèi)具有巨大的增長潛力。
對于AI技術(shù)在美妝的應(yīng)用現(xiàn)狀，壽翀表示：“AI技術(shù)在美妝行業(yè)中的應(yīng)用并不廣泛，但目前探討不同的應(yīng)用場景是AI向美妝滲透的主要途徑。”
此外，“在基于文檔的法規(guī)與備案智能化方面，AI技術(shù)也有較大的應(yīng)用價值?！?/p>
可以看到，從原料篩選到配方研發(fā)，從組織管理到產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)化，從虛擬試妝到法規(guī)與備案智能化等，AI技術(shù)在美妝領(lǐng)域的應(yīng)用場景正不斷被拓寬。
未來，AI技術(shù)的作用只會更加突出，其與美妝融合只會更加深入。AI與美妝的結(jié)合絕不僅是跨界，而是一場生產(chǎn)力與生產(chǎn)關(guān)系的變革，AI正成為美業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力的重要引擎。
然而，盡管美妝領(lǐng)域AI技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景，但其發(fā)展也面臨著一些挑戰(zhàn)。例如，“AI系統(tǒng)需要大量的數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練和學(xué)習(xí)，但數(shù)據(jù)的收集和使用一方面涉及公司核心私有研發(fā)數(shù)據(jù)，另一方面往往涉及個人隱私?！?/p>
此外，“美妝AI的商業(yè)價值不容易做出來或難以變現(xiàn)，AI方面的人才稀缺等也是其發(fā)展過程中會面臨的挑戰(zhàn)?！?/p>
而在監(jiān)管層面，壽翀則表示，“鑒于AI技術(shù)主要是發(fā)揮提高通量、提升效率的作用，所以在法規(guī)上，AI技術(shù)的應(yīng)用并不存在特別大的障礙。”
其次，AI技術(shù)正在改變生命科學(xué)的研究范式。
生物技術(shù)和信息技術(shù)的迅速發(fā)展，使生命科學(xué)進入了數(shù)據(jù)爆發(fā)的新時代。
隨著AI技術(shù)在生命科學(xué)研究領(lǐng)域持續(xù)取得顛覆性突破，AI驅(qū)動的生命科學(xué)研究新范式呼之欲出，包括蛋白質(zhì)領(lǐng)域等在內(nèi)的生命科學(xué)進入了一個全新的紀元。此次的諾貝爾化學(xué)獎?wù)亲詈玫挠∽C。
最后，生命科學(xué)為美妝技術(shù)創(chuàng)新提供重要來源。
生命科學(xué)上游技術(shù)的層層滲透與溢出，推動了化妝品行業(yè)一波又一波的創(chuàng)新浪潮，由此，其也成為化妝品行業(yè)重要的技術(shù)創(chuàng)新來源。
甚至可以說，在如今的化妝品行業(yè)中，把握住生命科學(xué)領(lǐng)域的主流技術(shù)方向，就等于抓住了未來行業(yè)發(fā)展的機遇。
總的來看，AI+生命科學(xué)+美妝或?qū)⒊蔀槊罉I(yè)增量新的風(fēng)口，在此背景下，如何進一步擁抱科技美容新藍海，引領(lǐng)未來美業(yè)發(fā)展的新方向，將是全體化妝品從業(yè)者亟需思考的時代命題。