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AI+生命科學(xué),下一個美業(yè)增量大風(fēng)口?

發(fā)表時間:2024-11-05 14:53:44

文章作者:小編

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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(xiàn)。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(jì)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。

01 揭秘蛋白質(zhì),AI開啟生命科學(xué)新紀(jì)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。

AI+生命科學(xué),下一個美業(yè)增量大風(fēng)口?(圖1)

△2024諾貝爾化學(xué)獎獲得者 

三位研究者的突出性貢獻(xiàn)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)。

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(tuán)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。

AI+生命科學(xué),下一個美業(yè)增量大風(fēng)口?(圖2)

△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。

蛋白質(zhì)設(shè)計的個性化與精準(zhǔn)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。

AI+生命科學(xué),下一個美業(yè)增量大風(fēng)口?(圖3)

△利用Rosetta程序開發(fā)的蛋白質(zhì) 

AlphaFold2和 Rosetta的出現(xiàn),標(biāo)志著蛋白質(zhì)科學(xué)進(jìn)入了一個全新的紀(jì)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(yuǎn)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。

02 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(zhǔn)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。

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(zhǔn)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)。

AI+生命科學(xué),下一個美業(yè)增量大風(fēng)口?(圖4)

△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(jìn)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(hù)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(zhǔn)調(diào)控能力,能夠?qū)崿F(xiàn)熬夜肌黑眼圈的精準(zhǔn)修護(hù)。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(xì)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(biāo)上,同等濃度甚至要優(yōu)于同樣具備抗衰修護(hù)作用的藍(lán)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(biāo)分子”和“規(guī)?;a(chǎn)”三個板塊,對整個“產(chǎn)學(xué)研”過程進(jìn)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。

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(zhǔn)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(jìn)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(hù)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(jìn)展,展示了AI技術(shù)和生物學(xué)的聯(lián)合應(yīng)用對家庭護(hù)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)?;慨a(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(jìn)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。

AI+生命科學(xué),下一個美業(yè)增量大風(fēng)口?(圖5)

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>

03 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(jìn)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(dá)到133.4億美元,2021年至2030年復(fù)合年增長率高達(dá)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?!?/p>

譬如,瑞德林就將AI技術(shù)嵌入到組織管理和生產(chǎn)場景中,據(jù)壽翀介紹,“在研發(fā)端,我們構(gòu)建了全新原料研發(fā)平臺,使用AI技術(shù)和生物計算輔助酶的虛擬篩選,大幅提升了酶篩選和優(yōu)化效率;在生產(chǎn)端,通過數(shù)智化(數(shù)字化+AI)手段優(yōu)化生產(chǎn)管理,以訂單為驅(qū)動實現(xiàn)高效排產(chǎn);在銷售和市場端,我們推出了‘科技護(hù)膚我知道’和‘產(chǎn)品百事通’兩款A(yù)I助理,為銷售人員和終端客戶提供專業(yè)精準(zhǔn)的產(chǎn)品知識,全面提升用戶和客戶體驗?!?/p>

除了上述場景,“AI技術(shù)在營銷端也有廣泛應(yīng)用,比如,歐萊雅基于AI技術(shù)推出的虛擬試妝服務(wù)?!睋?jù)悉,該服務(wù)不僅解決了試妝成本高的痛點,還可提高消費者的購物體驗。

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(jìn)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)。”

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?!?/p>


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(jìn)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(jìn)入了一個全新的紀(jì)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(jìn)一步擁抱科技美容新藍(lán)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。


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