斯坦福大学、基因泰克和陈-扎克伯格倡议的研究人员团队指出，人工智能的最新进展和有关人类生物学的大规模实验数据已达到临界点，他们表示，科学界有“前所未有的机会”利用人工智能 (AI) 创造世界上第一个虚拟人类细胞。这样的细胞将能够代表和模拟人类生物分子、细胞以及最终的组织和器官的精确行为。

斯坦福大学工程与医学院生物工程和病理学副教授、《细胞》杂志一篇新文章的资深作者艾玛·伦德伯格 (Emma Lundberg) 表示：“模拟人类细胞可以被视为生物学的圣杯。”伦德伯格提议全球齐心协力，创造世界上第一个人工智能虚拟细胞。“人工智能提供了直接从数据中学习的能力，并超越假设和猜测，发现复杂生物系统的新兴特性。”

伦德伯格的共同资深作者包括两位斯坦福大学的同事，生物工程学教授兼陈-扎克伯格计划科学主任斯蒂芬·奎克 (Stephen Quake) 和工程学院计算机科学教授朱雷·莱斯科维克 (Jure Leskovec)，以及陈-扎克伯格计划科学人工智能主管西奥法尼斯·卡拉莱索斯 (Theofanis Karaletsos) 和基因泰克研究执行副总裁阿维夫·雷格夫 (Aviv Regev)。

卓越的前景

这种合成细胞模型不仅可以让我们更深入地了解使健康人体细胞发挥作用的化学、电、机械和其他力量和过程的复杂相互作用，还可以揭示导致细胞功能障碍或死亡的疾病的根本原因。

或许更有趣的是，人工智能虚拟细胞还能让科学家在计算机中而非体内进行实验——在计算机上而不是在活体细胞和生物体上。这种能力将扩大人类对人体生物学的理解，并加速寻找新疗法、新药物，甚至可能治愈疾病的方法。

癌症生物学家可能会模拟某些突变如何使健康细胞变成恶性细胞。

微生物学家也许有一天能够预测病毒对受感染细胞甚至宿主生物的影响。医生也许有一天能够用患者的“数字孪生”测试治疗方法，从而加速实现人们期待已久的更快速、更经济、更安全的个性化医疗时代。

然而，作者表示，要想获得成功，人工智能虚拟细胞需要实现三个目标。首先，它需要让研究人员能够创建跨物种和跨细胞类型的通用表征。它还必须准确预测细胞功能、行为和动态，并理解细胞机制。最后但并非最不重要的是，人工智能虚拟细胞将允许在计算机上进行实验来测试假设并指导数据收集，从而以远低于当今的速度和成本扩展虚拟细胞的能力。

全球合作

作者称，人工智能是科学的“三连胜”，它开创了一个工具可预测、可生成、可查询的时代，但创建虚拟细胞所需的原始生物数据规模之大也是毋庸置疑的。相比之下，作者指出，美国国立卫生研究院编制的 DNA 测序数据仓库名为 Short Read Archive，目前包含超过 14 PB 的数据，比用于训练 ChatGPT 的数据集大一千倍。

实现人工智能虚拟细胞并非易事。它需要从遗传学和蛋白质组学到医学成像等领域的协调一致的全球开放科学合作，以及学术界、工业界和非营利组织的全球利益相关者之间的密切合作。同时，作者谨慎地指出，任何针对人工智能虚拟细胞的工作都应在假设结果模型将不受限制地提供给整个科学界的前提下进行。

“这是一个庞大的项目，堪比基因组计划，需要跨学科、跨行业、跨国家的合作，我们知道，功能齐全的模型可能还需要十年甚至更长的时间才能问世，”伦德伯格断言道。“但是，随着当今人工智能能力的迅速发展以及我们庞大且不断增长的数据集，现在是科学界团结起来、开始彻底改变我们理解和模拟生物学的方式的时候了。”

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