文 | 聚美麗 沐 沐

來(lái)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(jiǎn)稱(chēng)：AI)技術(shù)正成為一個(gè)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(kāi)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(jiǎng)?lì)C給了Demis Hassabis、John Jumper和David Baker，以表彰他們借助AI和計(jì)算技術(shù)在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)和設(shè)計(jì)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(kāi)啟了生命科學(xué)的新紀(jì)元。

瑞德林副總裁壽翀?jiān)诮邮芫勖利惒稍L時(shí)也表示，“在美妝領(lǐng)域，AI+生命科學(xué)的應(yīng)用價(jià)值是確定的，應(yīng)用趨勢(shì)也是確定的。AI+生命科學(xué)，可為美妝發(fā)展帶來(lái)新的增量，或?qū)⒊蔀樾碌男袠I(yè)風(fēng)口?！?/p>

因此，本文旨在引介最新諾獎(jiǎng)技術(shù)，結(jié)合市場(chǎng)需求與行業(yè)趨勢(shì)，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(lái)潛力，并探討背后的挑戰(zhàn)與可能性。

揭秘蛋白質(zhì)，AI開(kāi)啟生命科學(xué)新紀(jì)元

今年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，一半授予谷歌旗下DeepMind的Demis Hassabis和John Jumper，另一半授予美國(guó)華盛頓大學(xué)西雅圖分校的David Baker。

2024諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)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(lái)看，Demis Hassabis和John Jumper成功利用AI技術(shù)預(yù)測(cè)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(jì)出全新的蛋白質(zhì)。

1、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的智能化飛躍

長(zhǎng)期以來(lái)，預(yù)測(cè)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(xiàng)重大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法，如X射線晶體學(xué)和核磁共振，不僅耗時(shí)且成本高昂，而且對(duì)很多蛋白質(zhì)來(lái)說(shuō)難以實(shí)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(duì)開(kāi)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(cè)的精度提高至接近實(shí)驗(yàn)級(jí)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(cè)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

通過(guò)AlphaFold2，Demis Hassabis和John Jumper已經(jīng)能夠預(yù)測(cè)，幾乎所有2億個(gè)已經(jīng)被研究人員識(shí)別的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。自該項(xiàng)突破性技術(shù)公開(kāi)以來(lái)，來(lái)自190個(gè)國(guó)家的200多萬(wàn)人已經(jīng)使用了AlphaFold2。

2、蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)的個(gè)性化與精準(zhǔn)化

除了預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，科學(xué)家們還致力于從頭設(shè)計(jì)自然界不存在的全新蛋白質(zhì)，以滿足各種需求，例如開(kāi)發(fā)新藥、酶和生物材料等。

作為蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的先驅(qū)之一，David Baker開(kāi)發(fā)了用于蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(kāi)辟了道路。

利用Rosetta程序開(kāi)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(gè)全新的紀(jì)元。這兩個(gè)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(lái)隨著生物技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算生物學(xué)、生物信息學(xué)等基于計(jì)算機(jī)以及AI技術(shù)在藥物研發(fā)等領(lǐng)域逐步應(yīng)用，并開(kāi)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(lèi)原料研究的底層邏輯

從很多美妝品牌的成長(zhǎng)與發(fā)展來(lái)看，研發(fā)原料是其中繞不開(kāi)的一個(gè)環(huán)節(jié)。然而在現(xiàn)實(shí)情況中，原料的開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新始終存在著較高的技術(shù)門(mén)檻。

就多肽及蛋白類(lèi)原料而言，其開(kāi)發(fā)過(guò)程中主要面臨活性鑒定、精準(zhǔn)設(shè)計(jì)、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(cè)更高活性和靶點(diǎn)清晰的肽類(lèi)成分

肽類(lèi)成分的開(kāi)發(fā)通常會(huì)經(jīng)歷三個(gè)階段，從發(fā)現(xiàn)成分，到臨床前的生物活性測(cè)試，再到臨床試驗(yàn)。

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(kāi)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(yàn)證成分具體作用功效，象征著更高的成分開(kāi)發(fā)效率。

在國(guó)外，總部位于美國(guó)的愛(ài)爾蘭生物技術(shù)公司Nuritas搭建了一個(gè)使用AI驅(qū)動(dòng)的生物活性肽查找器Magnifier NπΦ，并且借助此平臺(tái)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(cè)的肽可使臨床功效驗(yàn)證的成功率提高至80%。

從這個(gè)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)過(guò)程來(lái)看，研究人員從大量天然植物當(dāng)中，通過(guò)專(zhuān)有酶分解得到了數(shù)百萬(wàn)種從前未開(kāi)發(fā)的肽，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ妥C明這些肽對(duì)于受體的作用。結(jié)合自然語(yǔ)言處理、數(shù)據(jù)搜集和管理，他們編織一個(gè)龐大的知識(shí)圖譜，解鎖了共超過(guò)600萬(wàn)種植物肽的數(shù)據(jù)。

生物活性肽查找器 Magnifier NπΦ

而在國(guó)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(zhǎng)三角研究院旗下開(kāi)發(fā)了一個(gè)KEPLER 90i活性成分發(fā)現(xiàn)平臺(tái)，主要利用計(jì)算生物學(xué)結(jié)合人工智能等綜合方法挖掘開(kāi)發(fā)新的功能分子。在此基礎(chǔ)上，他們僅歷時(shí)一年，就成功研發(fā)出了能有效緩解黑眼圈問(wèn)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(jì)算生物學(xué)和全新微循環(huán)靶點(diǎn)結(jié)構(gòu)理性化設(shè)計(jì)的多肽分子，通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬和基于人工智能的多肽-蛋白結(jié)合力預(yù)測(cè)交叉驗(yàn)證獲得，具有全新的與血液循環(huán)相關(guān)的黑眼圈靶點(diǎn)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(jì)上，可以和各類(lèi)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(guò)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(guò)虛擬篩選獲得，該多肽分子對(duì)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(gè)數(shù)據(jù)量為百億級(jí)別的“生物多肽活性分子數(shù)據(jù)庫(kù)”，通過(guò)計(jì)算機(jī)語(yǔ)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(jì)構(gòu)建目標(biāo)分子”和“規(guī)?；a(chǎn)”三個(gè)板塊，對(duì)整個(gè)“產(chǎn)學(xué)研”過(guò)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(tái)”，用于篩選活性物。

2、AI聚焦生物制造，為蛋白類(lèi)原料的理性設(shè)計(jì)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(jì)理念也正從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用，逐步實(shí)現(xiàn)AI+蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)在化妝品行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化。

作為蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)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(jì)或優(yōu)化，不僅可以獲得性能更好的酶成分用于個(gè)護(hù)產(chǎn)品，還能通過(guò)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(guò)AI開(kāi)發(fā)出一種用在家用清潔產(chǎn)品中的新型酶，其與原來(lái)成分相比更具穩(wěn)定性，可持續(xù)性和性能優(yōu)勢(shì)，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(gè)月內(nèi)聯(lián)合開(kāi)發(fā)而來(lái)，是家用清潔產(chǎn)品中的關(guān)鍵抗污成分。通過(guò)借助Arzeda 的智能蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)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(jì)技術(shù) 在短時(shí)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(duì)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(shí)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(jì)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(shí)驗(yàn)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?lài)?guó)內(nèi)外企業(yè)利用AI+酶篩選技術(shù)進(jìn)行原料開(kāi)發(fā)，比如，拜爾斯道夫在開(kāi)發(fā)美白成分——異丁酰胺基噻唑基間苯二酚(630)時(shí)，就運(yùn)用了AI+數(shù)據(jù)分析輔助研發(fā)，從上萬(wàn)種成分中篩選出有效成分，以人酪氨酸酶為模型測(cè)試，最終創(chuàng)造出能夠高效抑制黑色素生成的、首個(gè)基于人類(lèi)酪氨酸酶開(kāi)發(fā)的第630號(hào)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(jiǎn)化肽類(lèi)原料的研發(fā)過(guò)程，縮短研發(fā)周期，顯著提升原料研發(fā)的效率，同時(shí)在大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的支持下對(duì)配方設(shè)計(jì)做出更為明智的決策。另一方面，還能推動(dòng)可應(yīng)用于日化行業(yè)的、包含酶等在內(nèi)的蛋白類(lèi)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(kāi)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(bǔ)充道，“比如，麥吉麗就通過(guò)AI技術(shù)對(duì)消費(fèi)者情緒的分析和解讀，開(kāi)發(fā)出了讓消費(fèi)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(shì)。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(huì)成為美業(yè)的下一個(gè)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(shì)，滲透進(jìn)化妝品研發(fā)、生產(chǎn)、營(yíng)銷(xiāo)等各個(gè)方面。根據(jù)InsightAce Analytic報(bào)告，預(yù)計(jì)2030年全球AI美容化妝品市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到133.4億美元，2021年至2030年復(fù)合年增長(zhǎng)率高達(dá)19.7%。這表明AI美妝市場(chǎng)在全球范圍內(nèi)具有巨大的增長(zhǎng)潛力。

對(duì)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(chǎng)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(jià)值。”

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(chǎng)景正不斷被拓寬。

未來(lái)，AI技術(shù)的作用只會(huì)更加突出，其與美妝融合只會(huì)更加深入。AI與美妝的結(jié)合絕不僅是跨界，而是一場(chǎng)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(gè)人隱私?！?/p>

此外，“美妝AI的商業(yè)價(jià)值不容易做出來(lái)或難以變現(xiàn)，AI方面的人才稀缺等也是其發(fā)展過(guò)程中會(huì)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(shí)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(dòng)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(gè)全新的紀(jì)元。此次的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?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(lái)源。

生命科學(xué)上游技術(shù)的層層滲透與溢出，推動(dòng)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(lái)源。

甚至可以說(shuō)，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(lái)行業(yè)發(fā)展的機(jī)遇。

總的來(lái)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(lái)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(shí)代命題。