AI × Biology · Frontier Briefing

AI 生物学交叉前沿·
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覆盖蛋白质设计、基因组语言模型、药物发现、虚拟细胞、自主科研智能体与产业动态——汇聚近期(2025 末 – 2026 年 4 月)值得关注的模型发布、论文突破与产业里程碑。

更新:2026 年 4 月 16 日 条目:29 条 来源:Nature / MIT News / bioRxiv / NVIDIA / 产业媒体等

头条焦点

3 条精选

最近两个月最值得关注的标志性进展——从 Phase II 临床读出,到 Nature 正刊登载的基因组基础模型,再到 NVIDIA 面向药物发现的开放生态扩张。

蛋白与抗体设计

6 条

RFdiffusion 抗体扩展、Origin-1 零先验表位、VibeGen 运动导向生成,以及从头设计小分子结合蛋白——从"折得准"到"动得对"再到"识得准"的演进。

抗体从头设计 2025-11

RFdiffusion 抗体版登 Nature:原子级精度的 VHH/scFv 从头设计

首次通过微调 RFdiffusion 网络 + 酵母展示筛选,在四个疾病相关表位上从头生成 VHH、scFv 与全长抗体。冷冻电镜确认流感血凝素与艰难梭菌毒素 B 结合位姿的原子级精度。

零先验抗体 2026-01

Absci 发布 Origin-1:针对"零先验"表位的生成式抗体平台

集成表位条件全原子结构生成、配对 CDR 序列设计与共折叠打分协议。在 10 个无已知蛋白-蛋白复合物结构、同源性 ≤ 60% 的苛刻目标上,每个目标 < 100 个设计即可获得可开发抗体;IL36RA 靶点亲和成熟实现 ~68 倍亲和力提升。

动力学生成 2026-03-26

MIT VibeGen:以"振动方式"而非静态形状设计蛋白

生成式模型以蛋白质的运动/振动模式为条件生成序列,指向动态生物材料与自适应疗法。研究者类比 "vibe coding":指定蛋白该如何弯曲与切换构象,AI 直接生成符合这一动力学谱的新序列。

小分子识别蛋白 2026-04-09

从头设计可选择性识别特定化合物的蛋白:皮质醇生物传感器落地

韩国团队发布可精确反映蛋白-配体原子层级相互作用的 AI 模型,为 6 类小分子(代谢物与小分子药物)设计结合蛋白并实验验证,其中以皮质醇结合蛋白构建化学诱导二聚体生物传感器,已在美国提交临时专利。

结构-功能综述 2026-04

Science 综述:AI 如何重造蛋白工程

Listgarten 与 Jiang 在 Science 系统综述生成式蛋白模型与统计原理如何被整合入实验流水线,并指出当前 bottleneck:功能性酶、天然无序蛋白与多样化结合剂设计普遍缺乏足够训练数据。

蛋白生产优化 2026-02-16

MIT 用 LLM 为酵母优化密码子,降低生物药生产成本

以工业宿主毕赤酵母(K. phaffii)的密码子为语料训练大模型,可预测给定蛋白的最优密码子组合,将发酵生产效率显著提升——一条从"设计分子"延伸到"生产分子"的 AI 链路。

基因组与 RNA 模型

4 条

从 Evo 2 到基因组语言模型生成新功能基因,从 AlphaFold 3 架构代际跃迁到 RhoFold+ 的 RNA 三维结构预测——"生命序列"正迅速成为一类可统一建模的语言。

基因组语言模型 2026-03

Evo 2 发表 Nature:40B 参数、1Mb 上下文跨域建模

Arc Institute + NVIDIA。9.3T 碱基、12.8 万基因组,真核+原核+噬菌体。零样本预测非编码致病突变与 BRCA1 变异临床意义,可设计细菌量级全基因组;机制可解释性揭示模型自主学到外显子边界、转录因子结合位点、蛋白结构元素等特征。

新基因生成 2026

基因组语言模型"语义化"设计全新功能基因

Merchant 等在 Nature 上展示从基因组语言模型出发的 de novo 功能基因设计,提示 gLM 不再仅用于变异评估,而可直接承担"生成有功能 DNA 序列"的任务。

Nature 649, 749–758 (2026)
AlphaFold 3 2026-03

Frontiers 综述:AF3 架构革新与开源后影响

AF1→AF2→AF3 的架构路径:DNN → Evoformer → Pairformer + 扩散模块,能预测蛋白-配体/核酸/蛋白复合物。AF3 开源学术权重后,2024–2025 PDB 中约 40% 新结构由冷冻电镜贡献,与 AI 建模形成互补。

RNA 结构 2024-11 / 持续

RhoFold+:RNA 语言模型驱动的三维结构预测

2370 万 RNA 序列预训练的 RNA-FM 嵌入 + Rhoformer 迭代优化,在 RNA-Puzzles 与 CASP15 自然靶点上平均 RMSD ~4.02 Å,超越包括 AlphaFold 3 在内的既有方法;单次预测 ~0.14 秒,为 RNA 靶向药物与合成生物学提供 sequence→structure→sequence 闭环。

虚拟细胞与多组学

4 条

Virtual Cell 从愿景走向工程实践,但扰动预测的 scaling law 尚未显现——基础模型、空间组学整合、上下文特化与器官类器官化是当前四条路线。

空间 + 单细胞 2025-10

Nicheformer:首个整合单细胞与空间转录组的基础模型

Helmholtz Munich 与 TUM 团队在 1.1 亿细胞上训练,能将空间上下文投影回解离单细胞数据。Fabian Theis 称之为"以细胞在其自然上下文中的通用 AI 模型的第一步",是虚拟细胞与组织模型的起点。

Virtual Cell 批判 2026

虚拟细胞需要"上下文"而非一味 scale

PMC 最新长文综合 Ahlmann-Eltze 等 2025 的系统比较:scGPT、scFoundation、Geneformer、scBERT、UCE 等基础模型在扰动预测任务上并未超越简单基线。提出上下文特化模型(如 Virtual CD4+ T cell)可能比通用 Virtual Cell 更具可操作性。

器官类器官 2026

Artificial Intelligence Virtual Organoids (AIVOs)

Bioactive Materials 2026 刊出的新概念:把 AI 建模与类器官实验平台闭环化,形成"计算预测 → CRISPR / 类器官验证"的工作流,用于个性化药物筛选与疾病建模,被视为减少动物实验、加速治疗优化的路径。

Bioactive Materials · 2026
Agentic 虚拟细胞 2025 →

CellForge:用智能体自动设计虚拟细胞模型

bioRxiv 预印本,让 LLM 智能体承担虚拟细胞模型的"建模者"角色,自动挑选架构、特征与目标。与同年 Virtual Cell Challenge(Arc Institute 发起的年度竞赛)共同组成 Virtual Cell 领域的"图灵测试"。

bioRxiv · CellForge · Arc Virtual Cell Challenge

AI 药物发现:从平台到临床

4 条

2026 是 AI 设计药物的关键读出年——Phase III 数据将检验 AI 是否能把传统 ~90% 的临床失败率真正拉下来,而非仅缩短时间线。

临床读出 2026-01

Drug Target Review:2026 是 AI 制药的验证之年

多个 AI 设计药物进入 Phase III,预计全年陆续读出。批评者指出,AI 发现的化合物目前在各阶段进展速度与传统药物相似,可能只带来"时间线加速而疗效并无改善"——商业有价值,但科学上并未改变成功率。

Agentic 2026-01

PharmaVoice 产业预测:Agentic AI 转向"因果生物学"

高管共识:2026 agentic AI 将重塑靶点发现,从纯预测转向看得见"哪里才是真正可干预的因果生物学"。同时 AI 将向下游渗透——AI 驱动的生物标志物、更小的更高效的试验、模拟方案与患者分层决策变得主流。

结构驱动筛选 2025-12

tFold System:结构驱动的端到端抗体工作流

Nature Communications 披露 tFold 系统:整合 tFold-Ab 抗体结构预测、tFold-Ag 复合物建模、结构导向虚拟筛选与表位特异性从头设计,尝试突破抗体数据稀缺(SAbDab ~9000 vs PDB 23 万)带来的训练瓶颈。

投资展望 2026-04

IntuitionLabs:2026 AI 生物药产业处于"临界点"

投资与平台成果两旺:Nvidia CEO 黄仁勋称"药物研究将被彻底改变",Bayer、礼来、Generate:Biomedicines 等头部玩家的 AI 工程化生物药进入高级临床阶段。但行业也强调:AI 承诺与严谨科学之间的差距仍需警惕。

自主科研智能体与自驱实验室

3 条

从 Virtual Lab 到 FORUM-AI、MARS,自主科研不再只是概念演示——多智能体协作 + 机器人闭环 + 大模型假设生成,正在进入材料与生物的真实研发线。

Virtual Lab 2026-03

Stanford James Zou 的 Virtual Lab:用 AI 科学家加速医学发现

由多智能体组成的"虚拟实验室":能阅读论文、集体讨论、设计实验、互相辩论。在抗病毒抗体设计中,PI 智能体协调其他科学家智能体,用蛋白语言模型给出候选。被视为把"AI 当成科研团队"的成熟演示。

自驱实验室 2026-02

MARS:多智能体 + 机器人闭环材料发现

Matter 2026 刊发。由 Orchestrator、Scientist Group、Engineer Group、Executor Group、Analyst Group 五类智能体分工,Engineer 把设计翻译成协议、Executor 操控机器人平台,混合检索增强降低 LLM 幻觉——首个工业级可闭环的"集体式 AI 科研员工"范例。

能源材料 2026-02

LBNL FORUM-AI:首个面向材料科研的全栈 Agentic 系统

伯克利国家实验室牵头,FORUM-AI 会先提出"组分复杂材料"假设,再调用 NERSC / OLCF / ALCF 超算做大规模模拟,并在机器人实验平台上执行部分实验——面向能源材料发现的端到端自主平台。

关键模型速查表

按时间倒序

本文涉及的主要 AI 模型与平台——便于对照选型。

模型 / 平台
定位
机构
时间
Proteina-Complexa
结构导向的蛋白结合物生成模型,面向新药发现
NVIDIA BioNeMo
2026-03
Evo 2 (40B)
9.3T 碱基训练的 DNA 基础模型,1Mb 上下文
Arc Institute + NVIDIA
2026-03
VibeGen
以蛋白运动/振动模式为条件的生成式设计
MIT
2026-03
Origin-1
零先验表位的全长 mAb 从头设计平台
Absci
2026-01
La-Proteina
部分潜在流匹配的原子级蛋白生成(ICLR 2026)
NVIDIA 等
2026
RFdiffusion (Ab 版)
微调用于 VHH/scFv/全长抗体的从头设计
UW IPD
2025-11
Nicheformer
1.1 亿细胞训练、整合单细胞+空间的组织基础模型
Helmholtz Munich / TUM
2025-10
AlphaFold 3
Pairformer + 扩散的蛋白-DNA/RNA/配体复合建模
Google DeepMind / Isomorphic
2024-05 / 2024-11 开源学术权重
RhoFold+
RNA 语言模型 + Rhoformer 三维结构预测
ml4bio 等
Nature Methods 2024-11
tFold System
抗体结构预测 + 复合物建模 + 结构导向设计
腾讯 AI Lab 等
Nat. Commun. 2025-12

产业信号与政策

3 条

政策与资本同步落地——FDA 指南、EU AI Act 高风险条款、临床试验 AI 化与多组学伴随诊断正在重塑 AI × Biology 的商业化边界。

监管 2026

FDA AI 指南定稿 + EU AI Act 高风险条款生效

FDA 的 AI 药物发现草案指南预计 2026 定稿,要求申办方为高风险 AI 应用提交可信度评估计划、模型架构、训练数据与治理文档。EU AI Act 高风险条款将于 2026 年 8 月 2 日生效,AI 药物平台将直接面对合规义务。

来源:Drug Target Review · 2026 年 AI 药物发现预测
临床试验 AI 2026-01

TrialMatchAI、AIM-MASH 进入临床试验主流

GlobalData 2026 临床研究报告:AI 正在改造招募、保留、跨境试验支持与患者-试验匹配;多组学 + 临床记录整合推动精准肿瘤学与 CV 疾病的更好证据生成。

安全与双用 2026

Frontiers:AI 蛋白设计的生物安全挑战

AI 生成的蛋白可在功能上等价于已知毒素、但序列同源性极低——使得当前基于同源性的筛查"视而不见"。同时开源工具的普及降低了滥用门槛。研究呼吁从 DNA 语言模型到蛋白的"可继承水印"等新一代技术护栏。