AI+CRISPR，如何颠覆效率？| 专家观点

2025-06-29 发布

在生命科学的浩瀚星空中，CRISPR基因编辑技术无疑是一颗璀璨的明星，被誉为“生命科学的革命性工具”。然而，其高效精准的设计与应用，长期以来却依赖于经验摸索和反复试错。如今，随着 AI 的深度介入，一场研发效率的革命正在悄然发生。

6月25日晚 19：00-20：00，衍因科技成功举办了一场主题为“基因编辑‘中国芯’！国产CRISPR智能设计器如何颠覆研发效率？”的线上直播。本次直播汇聚了基因编辑领域的顶尖专家，共同探讨AI与CRISPR结合的无限可能，以及国产智能设计器如何加速基因疗法开发。

以下是本次直播的精华内容：

AI介入：CRISPR效率的颠覆性突破

直播伊始，主持人陈泽平博士便开宗明义：CRISPR技术虽已广泛应用，但其编辑效率和精准性仍面临瓶颈。AI的介入，正让智能设计成为可能，从gRNA优化到脱靶预测，一场由数据驱动的自动化闭环革命正在发生。

1. 效率的百倍提升：从海量挖掘到精准优化

篆码生物闫明博士强调，AI对CRISPR的赋能是全链条、颠覆性的。他指出，传统方法在基因编辑工具的挖掘和优化上面临巨大挑战，而AI带来了至少百倍甚至千倍的效率提升：

● 新工具挖掘：AI驱动的宏基因组挖掘平台，能够从浩如烟海的微生物基因组中，高效发现新型核酸酶、脱氨酶、重组酶等基因编辑工具，大幅缩短了从数百万序列中筛选高效酶的时间。

● 蛋白质工程与改造：AI将蛋白质改造和强化的效率提升至新台阶。通过构建自有AI模型，不仅能预测蛋白质结构，还能根据结构预测活性，优化活性、降低脱靶率、改进免疫原性，显著减少了湿实验的工作量。

● 多组分系统预测：CRISPR系统涉及核酸酶、gRNA和靶DNA三者，AI工具能够预测三者的结合，从而优化gRNA结构和效率，从机理上提高编辑效率和安全性。

● 新平台创造：AI还助力长片段插入等新平台的开发，在设计DNA敲入模板方面提供了强大支持。

闫明博士总结道，AI的赋能让科研变得“更快、更省”，有望突破生物医药研发“双十魔咒”（十年、十亿美元）。

2. 精准设计与预测：AI是高效辅助，但非万能

复旦大学王永明教授从湿实验的经验出发，分享了AI在gRNA设计和脱靶预测中的应用。他指出，过去设计一个编辑位点可能需要测试10到20条gRNA，而现在有了AI，设计的gRNA绝大多数效率都很高，大大减少了筛选工作。

王教授团队通过高通量实验（如芯片合成8万条gRNA并进行深度测序），积累了大量gRNA活性数据。在此基础上，利用深度学习建立了预测软件，能够精准预测任意位点的编辑效率和脱靶情况，甚至能预测在脱靶位点的编辑效率，为后续实验提供了极大便利。

然而，王教授也强调AI是辅助工具，预测结果仍需实验验证。他解释说，AI模型虽然强大，但难以完全考虑基因组的三维结构或蛋白结合等复杂因素，因此在少数位点可能出现偏差。

对于科研而言，AI能够帮助研究者从大量潜在方案中筛选出最优选择，从而节省大量时间和成本，尤其是在进行动物实验等高成本环节时，AI的预测能力显得尤为重要。

自动化闭环：从“黑灯实验室”到1%的意外

直播中，主持人陈泽平博士提出了“黑灯实验室”的愿景——通过AI实现实验设计、数据分析到实验迭代的自动化闭环。

王永明教授认为，对于追求创新的科研而言，每次实验设计都独一无二，搭建通用闭环平台耗时耗力，更适合企业。

闫明博士则表示，全流程的项目整合和管理对企业至关重要。AI在项目管理中的应用，能帮助企业分析费效比、优化流程、识别限速步骤。

他提到，参观过Moderna和辉瑞等药企，其早期研发和管线开发已实现高度自动化。然而，他同时强调，真正的挑战在于如何处理那1%的意外情况。就像自动驾驶技术一样，AI的鲁棒性体现在处理极端或异常情况的能力上。如何有效避免、甄别并剔除这些“意外”，是实现真正闭环的关键。

安全与伦理：AI“幻觉”与人类仲裁

AI模型的“黑箱”特性，以及其在生命健康领域的应用，引发了关于安全性和监管的挑战。

王永明教授再次强调，AI预测是辅助，实验验证不可或缺。他指出，AI模型参数众多，人眼难以完全理解其决策逻辑。

闫明博士则深入探讨了AI的“幻觉”问题。他形象地比喻，就像AI生成图片时可能出现“六指”一样，AI在处理数据时，也可能在95%的情况下合理有效，但在5%甚至更小概率的情况下出现完全不可预期的结果。他认为，监管机构和产业界都在关注如何建立有效的仲裁机制，避免这些“幻觉”对药物研发和临床应用造成不良影响。人类专家的纠错检查机制，在可预见的未来仍不可或缺。

陈泽平博士回应道，衍因科技致力于通过两个方面解决这一挑战：

高质量数据准备：通过专业专家对数据进行标签和标注，即使数据量小，只要质量高，也能获得更精准的预测结果。
自动化闭环实验验证：通过自动化机械臂进行高通量实验（如Western Blot、CRISPR克隆等），每天进行数百上千次实验，将真实验证数据反馈给AI模型进行校准，从而不断提升模型的精准度。

垂直应用场景：CRISPR的无限可能

直播的最后，嘉宾们分享了CRISPR在实际应用中的突破。

王永明教授列举了其团队在医学领域的实践：

● 遗传性心脏病：通过CRISPR纠正突变，阻止病情恶化，甚至早期干预可避免发病。

● 高胆固醇：通过敲除肝脏中的PCSK9基因，有效缓解高胆固醇问题

此外，他还提到了CRISPR在眼科疾病和地中海贫血症（通过诱导表达幼儿时期血红蛋白）等领域的成熟应用。