【旺報 2018-12-18 記者李侑珊】

「醣」是生物體最重要的分子之一，從細胞基本運作到癌細胞增生，都與醣分子息息相關，中研院院士翁啟惠主持跨領域研究團隊，結合人工智慧及演算法，寫成電腦軟體「Auto-CHO」與學術社群共享，讓科學家可以如閱讀食譜一般，快速且廣泛合成醣分子，並可望對醣分子相關疾病提出解方。這項研究成果已6日獲刊於國際期刊《自然通訊》（Nature Communications）。

醣分子組成方式複雜多元，9種單醣分子即可能產生上千萬種的組合方式。直到「一鍋化」系列方法問世，科學家才得以人工方法合成足量、純粹的醣分子。

中研院表示，1982年問世的「一鍋式酵素合成法」使用生物方式，將單醣都放進一個反應器裡，再以酵素合成為所需的寡醣；1999年的「程式化一鍋合成法」則採用化學方式，將單醣所組成的組合單元（Building blocks, BBL），依據其相對反應值（relative reactivity values，RRV），建入電腦程式資料庫Optimer，科學家只要將想合成的寡醣結構輸入，該程式即可自動找出適合的組合單元。

許聞廉說，程式化一鍋合成法雖已找到規律，讓醣分子的組合有如玩樂高積木，但受限於較小的資料庫，僅能合成模型車。透過Auto-CHO，結合人工智慧與演算法，已提升至如超級跑車的規模。

吳宗益則表示，本次研究成果Auto-CHO軟體，將資料庫從原有的50個組合單元，增加至154個RRV經實證的組合單元，及5萬個具預測RRV的「虛擬」組合單元，並將醣分子的合成以階層化處理，除了能讓不同的一鍋化產物互相使用，更讓醣分子合成的階段如食譜一般，以流程圖呈現。

透過人工智慧學習方法，研究團隊將經實驗證實的醣組合單元資料，以特徵工程（feature engineering）建立最佳化的「RRV預測模型」。此模型無論在交叉驗證（cross-validation）或獨立驗證（independent test）上皆有傑出表現，而許多虛擬組合單元也進一步通過實驗證實。

此外，研究團隊設計了一套演算法，將醣分子的合成過程拆解成不同階層，讓一個以一鍋化方法合成的醣片段，可作為新的醣元件用於另一個一鍋化方法。團隊並以此開發為視覺化操作軟體Auto-CHO，將一鍋化方法整理成步驟架構，如同一篇可依序調配的「食譜」。依據Auto-CHO提供的「食譜」，研究團隊已成功合成出四種生物學上重要的寡醣分子。

研究團隊亦決定公開Auto-CHO的原始碼，提供科學界免費使用，並讓使用該程式的化學家們，可將虛擬醣元件的使用心得回饋，讓廣大的研究社群可以共襄盛舉，持續修正和增添資料庫的內容。