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【技术·酶工程】AI赋能全自动无细胞进化平台,以数据驱动引领行业变革

2026-01-15 10:53

酶作为天然生物催化剂,已广泛应用于工业生产和学术研究。但天然酶通常存在一定的功能局限性,需要通过酶工程改造来提升酶特性。酶定向进化技术能够改变蛋白质氨基酸序列来增强其固有功能,从而推动其在能源、材料和医药等领域的应用。然而,传统工业酶定向进化仍然存在如筛选能力不足、操作耗时费力、数据维度缺失、搜索范围受限等瓶颈问题。如何高效获得具备特定功能的工程化酶仍是一项重大挑战。随着人工智能快速介入生物制造产业链条,酶工程领域正站在从经验驱动迈向数据智能驱动的历史性节点,为解决这一挑战提供了全新范式。

凯莱英医药集团(002821.SZ,6821.HK,以下简称“凯莱英”)基于人工智能与自动化技术的深厚积累,成功推出完全融合AI智能设计、无细胞蛋白质合成(CFPS)与自动化高通量筛选三大核心技术的全自动无细胞进化平台。该平台依托多维度数据分析与AI算法预测,赋予酶进化过程高通量、高精度与高效率三位一体的核心优势,助力合成生物学领域实现突破性进展。

AI设计实现精准突变


通过整合蛋白结构预测与机器学习算法,该系统能够对酶与底物形成的过渡态复合物进行模拟分析,精确识别与酶催化功能、稳定性及选择性密切相关的关键残基。在此基础上,平台可高效构建低冗余、高质量的突变体文库,显著提升有效突变体的获得效率。



自动化构建与高通量测试

解决数据来源的瓶颈


酶的高效进化严重依赖于大规模高质量数据的支撑,然而传统实验方法在数据获取上面临着周期长、成本高、通量有限等诸多挑战。全自动无细胞进化平台在构建阶段采用无细胞蛋白合成,直接以线性DNA为模板,将传统15步操作大幅缩减至3步,极大简化流程。专属自动化平台支持7×24小时不间断运行,可在3天内完成每轮进化,显著提高研发效率。生成的海量蛋白样本经由微流控等高通量筛选系统进行多维度测试,每周完成超百万次反应,精准评估突变体活性、稳定性与选择性,为机器学习提供标准化、高质量的数据基础。



机器学习闭环驱动持续优化


全自动无细胞进化平台基于内部高通量实验产生的大规模专有数据,对机器学习模型进行系统训练与评估,构建能够精准预测突变体性能的定制化AI模型。所有数据处理均在封闭环境中进行,依托历史项目脱敏数据,从根本上杜绝第三方依赖与潜在泄露风险。训练所得预测模型实时反馈至设计环节,形成自我优化的智能闭环,持续提升酶蛋白的催化性能。



智能平台架构赋能多酶种高效进化


全自动无细胞进化平台并非孤立的技术堆叠,而是由用户交互、任务调度、核心执行、实时监测与输出交付五大智能模块协同驱动的“一站式”研发引擎,确保DBTL循环得以在受控、高效的状态下持续运转,交付可预期的研发成果。

该平台的强大效能已在苯丙氨酸解氨酶、酮还原酶、亚胺还原酶、转氨酶等不同催化机理、不同结构家族的多个工业级酶种的开发中落地应用,在2~4周内酶活提升近3000倍,从而满足放大生产需求。

结语:智能赋能酶工程新未来


凯莱英全自动无细胞进化平台实现了AI智能算法、无细胞蛋白质合成与自动化高通量筛选三大核心技术的系统性融合,构建了端到端的数据驱动型智能进化体系。该平台凭借AI驱动的全链路优化能力,突破了传统酶进化中数据孤岛与迭代迟滞的瓶颈,为客户提供从酶理性设计到规模化生产的完整解决方案。未来,凯莱英将持续深化三大技术的协同创新,拓展在生物医药、绿色化工及新型材料等领域的应用场景,为全球合作伙伴提供更具竞争力的智能生物催化解决方案,推动合成生物学产业向高效、精准、可持续的方向持续演进。

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