中职《走近人工智能》（商务印书馆·2022）5.3关注当下：人工智能在生物技术中的应用场景 同步课件(共25张PPT).pptxVIP

第五章人工智能技术应用之三——生物技术 目录二、 无处不在：改变生活的生物技术三、 关注当下：人工智能在生物技术中的应用场景四、 展望未来：人类从“智人”进化到了“神人”么？一、理清思绪：关于人工智能和生物技术不能不说的那些事 人工智能+生物技术本章知识思维导图“若没有一个真正强盛、充满生机的制造业基础，没有国家可以长期成功。”－－艾伦?穆拉利（AlanMulally,福特总裁）一、理清思绪：关于人工智能和生物技术不能不说的那些事三、关注当下：人工智能在生物技术中的应用场景四、展望未来：人类从“智人”进化到了“神人”么？二、无处不在：改变生活的生物技术 中国人民大学出版社于2019年9月出版了美国范德堡大学校长、历史学教授迈克尔?贝斯编写的《改造后代：遇见来自生物工程的生命》。书中指出，当今高速发展的生物技术如同互联网、人工智能一样深深影响着人类的生活和自身发展。基因编辑等技术的出现不仅可以改变人的能力，甚至可能会改变人的心智模式。尤其是当前发展的人工智能如果与生物技术相融合，将会为人类应对全球健康、环境、能源等难题带来新的解决方案。人们会活得更健康，寿命可能会延长至160岁。人造婴儿、改造我们的后代或许不再是梦想。 自然选择、上帝之手可能转换成权利的选择。生物技术与人工智能的结合将会如何影响我们的未来？我们能否接受这样的技术？能否接受两者融合之后改变的未来？我们该如何接受这样的未来？这是我们要共同面对和不得不面对的现实。本章将会对当今高速发展的两大技术融合将会对人类社会带来哪些改变进行一一解密。 三、关注当下：人工智能在生物技术中的应用场景 生物技术包括上游的改造细胞的基因工程和细胞工程技术，也同样包括能够将改造的细胞生产出人类有用的产品的下游发酵技术。同样，人工智能既可以用于设计和改造细胞的上游技术领域，也可以用于下游发酵工艺自动控制领域。 （一）基因测序基因测序技术的建立使得人类能读懂组成人体的30亿对碱基的排列顺序，人类基因组计划才能得以完成。目前，基因测序主要应用在医疗领域和非医疗领域（图5-10）。 （一）基因测序医疗领域的四大应用是现今基因测序的重要方向。而非医疗领域的应用，对人的健康也有重要的意义。基因测序的流程（图5-11）包括了从样本中提取DNA、制备小片段的DNA到数据分析等环节，在每个阶段都需要做大量的、重复性的工作,手工在短时间内已无法完成如此大的工作量，因此必须由高速度、高精度的机械设备（包括人工智能系统）替代人工来进行。 （一）基因测序美国Whitehead基因组研究中心组建了自己的自动化研究小组，该小组成功地使该中心的测序速度在一年内提高了20倍，该中心拥有7个“克隆自动挑取机器人”及众多的配套设备。（图5-12）其他的生物公司如PerkinElmer（珀金埃尔默仪器有限公司）、AmershamPharmaciaBiotech（一家生物技术公司）、Eppendorf（艾本德）等也纷纷投入对智能机器人的研究并开发了众多的产品，PerkinElmer公司的设备FillwellTM2002能一次性加1536个样品，而且加样量最少可达0.5ul（微升），准确度达到90%以上。 （二）药物研发开发一种有效的药物是一个非常艰难的过程。传统的科学方法是：科学家首先想出一种假设，比如说一种特定的异常蛋白质是造成某种类型的癌症的原因，然后制药公司测试这个假设，从数十万种化合物中筛选其中可能和蛋白质发生化学反应的化合物，成为潜在的抗癌药，这些潜在的抗癌药还要经过多轮的筛选及漫长的三期临床试验。即使能够进入临床试验，最后能够通过FDA（食品药品监督管理局）批准的也不到百分之一。而且，制药公司完成研发和生产一种新药的费用可能高达数亿美元，时间长达数十年之久。结合人工智能技术后，药物研发将会显著提高研发效率并降低成本。 （二）药物研发AI可应用于药物挖掘、新药安全有效性预测、生物标志物筛选等药物研发各环节中（图5-13）。 （二）药物研发目前，已经涌现出多家AI技术主导的药物研发企业，借助深度学习，在心血管药、抗肿瘤药、“孤儿药”和常见传染病治疗药等多项领域中取得了新突破。例如，硅谷的Atomwise公司通过IBM超级计算机，在分子结构数据库中筛选治疗方法。利用强大的计算能力，评估出820万种候选化合物，而研发成本仅为数千美元，研究周期仅需要几天时间。2015年，基于现有的候选药物，应用AI算法，不到一天时间就成功地寻找出能控制埃博拉病毒的两种候选药物，以往的类似研究需要耗时数月甚至数年。 （二）药物研发位于美国波士顿的Berg公司，尝试采用人工智能的方法设计新药。他们收集数量庞大的生物样本，例如癌症患者的血液、尿液、肿瘤和健康组织样本，同时收集患者的详细临床表型，然后他们对样本的基因、蛋白质、代谢物和脂肪进行测试。将测