专访编译 · OpenAI Forum · 2026.09

用 AI “复活”灭绝生物的分子,对抗超级细菌

抗生素发现从六年压缩到几小时。宾夕法尼亚大学的 Cesar de la Fuente 把生命当作代码,用 AI 挖掘尼安德特人、猛犸象的遗传密码,复活灭绝分子对抗耐药菌。

9月10日,OpenAI Forum 的直播间里,主持人 Chris Nicholson 问了一个听起来像科幻小说的开场:能不能从猛犸象、大地懒这些灭绝生物的基因里,找到对抗超级细菌的药?

但坐在屏幕另一端的人给出了肯定答案。Cesar de la Fuente,宾夕法尼亚大学 Presidential Associate Professor、Machine Biology Group 主任。他的实验室不仅做了,还为此开创了一个新领域:分子去灭绝(molecular de-extinction)。

OpenAI Forum 活动页
OpenAI Forum 活动页:对话 Cesar de la Fuente(图源:OpenAI Forum)

这个人的履历本身就是一条陡峭的曲线。他开发出第一个在动物模型中被证明有效的计算机设计抗生素,是宾大医学院历史上最年轻的终身教授之一,发表过 200 多篇论文。但他更常提起的身份,是一个想把生物学变成信息科学的人。

他面对的问题足够沉重。抗生素耐药如今每年关联约 500 万例死亡,到 2050 年预计翻倍至 1000 万例。传统新药发现要在土壤和水样里翻找数年,但 de la Fuente 的选择是把生命当作代码来读,让 AI 挖掘进化几十亿年攒下的分子库——包括那些已经从地球上消失的生物。

以下是这场对话的编译实录,问题经编辑压缩,回答有删节。

500万
每年与耐药感染相关的死亡(现在)
1000万
2050 年预测年死亡数
3秒
2050 年预测:每 3 秒 1 人死亡
6年→数小时
AI 压缩后的候选发现周期
01
危机

每三秒钟,就有一个人死于无药可治的感染

Chris

对没听过“抗生素耐药”这个词的人,你怎么定义它?为什么它重要?

de la Fuente

我认为它是人类面临的最大问题之一,但只有很少人听说过。这类细菌感染目前每年关联全球约 500 万例死亡,到 2050 年预计翻倍到 1000 万例。换算一下,每三秒钟就有一个人死亡。我想不出还有什么问题比这更值得做。

Chris

如果我做完手术感染了耐药菌,抗生素不起作用,我的生活会变成什么样?

de la Fuente

你基本上没有其他选择了。但我们越来越多地看到,病人带着多重耐药感染住进医院,即使把最后的底牌药物组合起来用,也治不好。这可能是致命的。

耐药感染死亡数据
耐药感染死亡人数:现在每年约 500 万,2050 年预计翻倍至 1000 万(图源:BioTender 根据对话数据绘制)
Chris

我们身处现代,新药一直在被发明。但某些曾经能治的病,现在治不了了。

de la Fuente

有一点值得强调:我们拥有抗生素的时间并不长。1928 年弗莱明发现青霉素,至今不到一百年。但人类寿命翻倍主要靠三根支柱:抗生素、水和疫苗。想象一下其中一根突然消失的世界:没有可用的抗生素,分娩、手术、器官移植都会崩塌。

编辑注

他在 OpenAI 官方报道里说得更直白:人类已经约 50 年没有新的抗生素类别了。

02
对手

细菌以分钟为单位进化,还互相递“小抄”

Chris

细菌体内到底发生了什么,让它们能抵抗现代药物?

de la Fuente

你可以把它们看作超级生物。它们有一种超能力:以分钟为单位进化。人类进化要靠生孩子,一辈子也许一两次,甚至零次。但细菌几分钟内就能突变、重组。所以当我们用抗生素攻击时,它们能迅速演化出化学和遗传层面的小伎俩,对药物免疫。

Chris

我们几十年繁殖一代,它们几分钟复制一代。而且它们还互相传递 DNA 小包?

de la Fuente

是的。它们传播耐药性的方式之一,是互相分享环状 DNA 片段。它们通常也不孤立生活:它们住在类似“微生物城市”甚至“微生物国家”的结构里,会互相通报:医生要拿抗生素消灭我们了,怎么办?但它们有办法——共享 DNA 片段,让整个群体获得生存能力。

细菌城市
Machine Biology Group 官网主视觉:一座建在细菌上的“城市”(图源:Machine Biology Group)
03
范式

把整个生物学当作一锅“字母汤”

Chris

所以你们去猛犸象和大地懒的基因里找答案。这事是怎么发生的?

de la Fuente

得先往回倒一点。传统上,科学家发现抗生素的方式非常“物理”:真的去大自然里挖土、取水样,试图找到活性分子。但这个过程极其辛苦、难以预测,要花很多很多年。我们的做法是换一套范式:把整个生物学当作信息来处理。

DNA 的核苷酸、蛋白质的氨基酸,就是一堆字母、一串代码,和人类用来交流的字母表没有本质区别。这听起来抽象,但如果你把它看成一锅“字母汤”,你就可以设计算法去挖这锅汤,找出对人类有用的功能分子。

Chris

我用 ChatGPT 是在文档里找一个小事实。你们是用 AI 去找能治病的遗传密码?

de la Fuente

本质上是这样。但这不是个简单的问题:一堆无序的核苷酸和氨基酸本来毫无功能,生命是怎么通过进化把这些字母排列组合,让功能从混沌中涌现的?我们最新的模型正在破译这些“组织原则”。而这只是开始:同样的方法正在扩展到免疫、代谢、神经科学和肿瘤。

AMPSphere
AMPSphere:从全球 63,410 个宏基因组中挖出 86.3 万个候选抗菌肽(图源:Cell, 2024)
编辑注

这场“挖矿”的规模有公开数据。2024 年发表于《Cell》的 AMPSphere 研究,用机器学习扫描了 63,410 个宏基因组和 87,920 个高质量微生物基因组,从约 45.6 亿个小开放阅读框中筛出 863,498 个候选抗菌肽,其中 91% 是数据库里从未记录过的全新候选。在此之前,同一套“把生命当数据库”的方法已经在人体蛋白质组里找到过抗生素。

04
去灭绝

分子去灭绝:向猛犸象和尼安德特人要药方

Chris

一边是细菌互相分享生存秘诀,另一边是你们去猛犸象、尼安德特人身上找生存的秘诀。两个群体,同一个逻辑,对吗?

de la Fuente

对。研究古代生命有一个深层动机。卡尔·萨根说过:“灭绝是常态,生存是例外。”地球上存在过的生命形式,绝大多数已经灭绝了。如果不回头理解古代生物数据,我们凭什么说自己懂进化?但实用层面同样重要:古代生物学里藏着一整座宝库。今天的环境和几十万年前完全不同,也许那里就有能解决当下问题的分子。

灭绝是常态,生存是例外。——卡尔·萨根
猛犸象与肽分子
猛犸象与它体内的肽:分子去灭绝的官方配图(图源:Machine Biology Group)
编辑注

这条路已经走通了两步。2023 年《Cell Host & Microbe》上,他的团队用随机森林模型 panCleave 挖掘尼安德特人和丹尼索瓦人的蛋白质组,找到的古老肽段在两种小鼠感染模型里都显示出抗感染效果。

panCleave 管线
panCleave 管线:用计算酶切同时挖掘古人类与现代人的蛋白质组(图源:Cell Host & Microbe, 2023)
编辑注

2024 年《Nature Biomedical Engineering》的 APEX 模型更进一步。它系统挖掘了所有已灭绝生物的蛋白质组——他们称之为“灭绝组”(extinctome)——从 10,311,899 条肽中预测出 37,176 条广谱抗菌候选,其中 11,035 条在现存生物中根本找不到。

Chris

AI 在这里面扮演什么角色?

de la Fuente

早期算法依赖人类手工制定的规则:我们从化学和物理里知道的“杀菌分子长什么样”,把这些规则喂给系统去挖基因组。但那是早期工作。现在我们训练的 AI 可以自主学习:什么样的组织原则,能造出具有目标功能的分子。不需要人再手写规则了。

APEX 管线
APEX:从灭绝生物蛋白质组,到深度学习预测,再到实验验证(图源:Nature Biomedical Engineering, 2024)
编辑注

APEX 合成的 69 条肽,经实验确认了对致病菌的活性。先导化合物包括猛犸象的 mammuthusin-2、大地懒的 mylodonin-2、古海牛的 hydrodamin-1,在小鼠皮肤脓肿和大腿感染模型中的效力,可与临床最后防线药物多黏菌素 B 相比。大多数肽通过去极化细菌细胞膜杀菌,与已知抗菌肽攻击外膜的机制不同。

MIC 热图与先导分子
“复活”分子对多种致病菌的最低抑菌浓度热图与先导化合物(图源:Nature Biomedical Engineering, 2024)
05
工具

实验室里的“集体大脑”

Chris

ChatGPT 和 Codex 是你们实验室工具箱的一部分。它们让什么变容易了?

de la Fuente

两点。第一,这些系统成了实验室的“集体大脑”。我们是高度跨学科的团队:计算机科学家、化学家、工程师、物理学家、生物学家。大家把想法都倒进这些模型里,但它们返回的,是整个团队的共同思考。

第二,编程的门槛被抹掉了。我读博时,一个生物学家想转去做计算几乎不可能。但现在,越来越多从没写过代码的生物学家、化学家,真的能自己编程了。这个变化就发生在最近三年。

Chris

在这场和快速复制的耐药菌的赛跑里,没有 AI 我们有多少胜算?

de la Fuente

AI 今天是赋能者。过去要花数年的事,现在在计算机上几个小时就能完成。当然,这不意味着这些分子明天就能变成药,它们还要走监管的各个步骤。但发现环节的加速是真实的。

现在我典型的一天是这样的:早上来上班,喝一杯咖啡,到午饭时团队已经在计算机上发现或设计了一批新分子;到晚饭时,又有一批。这种速度让人眩晕,是好的那种眩晕。就像站在山顶,眼前全是雾,一米之外什么都看不见,但你必须跳到另一边去。我常跟年轻人说,人类历史上没有比现在更适合做科研的时代了。

过去要花数年的事,现在在计算机上几个小时就能完成。
APEX 命中率
APEX 的预测命中率约 59%,远高于传统打分函数的约 23%(图源:Nature Biomedical Engineering, 2024)
06
未来

人站在回路中央

Chris · 代观众提问

AI 把候选发现从几年压缩到几小时。下一个瓶颈是什么?

de la Fuente

发现加速,意味着临床前管线里灌满了候选分子。下一个问题是:合成哪些、验证哪些?我们的做法是开“人机会议”:算法给出通常排到一两百万名的候选清单,人类化学家和生物化学家坐下来一起看。比如 AI 可能把一个容易聚集的分子排进候选,但容易聚集的分子成不了好药,我们就把它划掉。我看到的未来是:人站在中心,具有超人类能力的系统在旁边增强整个发现过程。

人站在中心,具有超人类能力的系统在旁边增强整个发现过程。
Chris · 代观众提问

你们有什么安全协议,防止灾难性后果?

de la Fuente

我签署过好几份在生命科学中安全使用 AI 的倡议。我们的一道护栏是:如果识别出可能自我复制的序列,我们有办法预测,并通常直接排除。我们打交道的对象是分子,原则上这些东西是“惰性”的。但分子去灭绝确实引出过真实的讨论:复活一些今天自然界已不存在的化合物,可以吗?这场对话应该持续下去,不只在学术界,也要有大公司、政府和公众参与。我们希望未来世界是什么样子?这个问题要以“月”为单位来回答。

Chris · 代观众提问

AI 能从源头上解决耐药性吗?

de la Fuente

我认为可以。我们开发的多模态模型,输入一个病原体的基因组,几秒到几分钟内就能设计出对它有效的分子,哪怕这个病原体模型从来没见过。我们做过这个实验:让模型对付一个训练时完全没见过的细菌病原体,它做到了。但这说明的不只是能对付新病原体:我们可以为未来的疫情和突变提前准备对策。我们还在研究细菌进化出耐药性最常见的路径,试图预测未来的突变轨迹。

跳进雾里
跳进雾里:科研加速时代的“良性眩晕”(图源:BioTender 绘制)
Chris

我至少可以接受一个猛犸象把我们从耐药寄生虫手里救出来的世界。

这场对话结束于一个开放的画面。de la Fuente 的分子库已经超过 100 万条“遗传配方”,但从候选分子到药房里的药,中间还隔着临床试验和监管审批的漫长隧道:AI 压缩的是发现,压缩不了验证。而“复活”灭绝分子的伦理讨论,也才刚刚开始。