AI虚拟代谢新范式：开启细胞代谢研究新篇章
近期，西湖大学李子青教授团队携手上海人工智能实验室、百图生科及上海创智学院，在国际权威期刊Trends in Biochemical Sciences上发表重要前瞻性论文。该研究首创性地提出了"AI虚拟代谢"（AI Virtual Metabolism, AIVM）理念，建立了基于"AI+多组学"的AGI4S研究新模式。作为构建"AI虚拟细胞"（AI Virtual Cell,AIVC）的关键组成部分，AIVM的问世弥补了该领域的研究空白，为全球虚拟代谢研究开辟了崭新道路。
文章第一作者为西湖大学工学院博士研究生郑蒋滨，共同第一作者为浙江大学博士生徐鑫焱，通讯作者为西湖大学李子青讲席教授。
本文第一作者为西湖大学工学院博士生郑蒋滨，共同一作为浙江大学博士生徐鑫焱，通讯作者为西湖大学讲席教授李子青。
论文上线截图
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.tibs.2026.01.003
01 核心挑战：跨越"死"化学与"活"生命的鸿沟
如何使AI不仅能够模拟化学键的变化过程，更能"洞察"细胞内酶的特异性、热力学限制以及复杂的调控机制？这是通向数字细胞孪生的必由之路，也是一片充满挑战的科研前沿领域。
02 AIVM核心范式：逆合成思维与生物约束的深度融合
03 未来愿景：AI科学家与数字细胞孪生
AIVM的诞生，象征着代谢工程研究从"规则驱动"向"发现驱动"的转型。在此范式框架下，AI的作用不再局限于辅助功能，而是升华为真正的"AI代谢科学家"。
通过整合多组学特征与GEMs的网络架构，依托LLM的智能体（Agent）可以捕获非线性的生物学关联关系，独立提出新颖的代谢路径假说、建议酶的改良策略，并实现干湿实验的闭环验证等。
这一革命性范式的建立，是迈向完整虚拟细胞的重要里程碑。若说AIVC是合成生物学的"圣杯"，那么AIVM便是点燃这座圣杯的核心火种。它不仅为解析生命运行机制提供了全新视角，更为微生物底盘改良、高附加值化合物的绿色生产以及精准医疗提供了强有力的理论与工具支撑。
04 结语：探索未至之境
从数据缺失到范式建立，此项工作展现了AI for Science在生命科学领域的广阔前景。虽然全面替代湿实验试错尚需时日，但AIVM已为我们勾勒出一个可编程、模块化且遵循生物学原理的"虚拟细胞"未来蓝图。
西湖大学讲席教授评述——从VCC冠军到AIVM范式，完成"虚拟细胞"计划最后一块拼图
本文通讯作者、西湖大学李子青讲席教授、IEEE Fellow，基于AI与生命科学深度融合的发展态势，对该项工作的意义进行了深入阐释："AI虚拟细胞（AIVC）的宏伟构想才刚刚起步，这将是未来五年全球科研院所与科技巨头激烈竞争的战略制高点。在此之前的首届世界虚拟细胞挑战赛（Virtual Cell Challenge, VCC）中，我们团队联合国内知名AI生命科学企业团队勇夺冠军这一历史性胜利，有力彰显了我们的AI技术团队在单细胞基因表达预测与扰动模拟方面，已达到国际领先水平。"
更深层次上，李子青教授指出："当前的VCC挑战赛主要关注基因调控网络，这对于构建完整的AI虚拟细胞而言是必需的，但远非充足的。生命中心法则的终点是代谢，细胞的物质与能量转换核心同样在于代谢。缺乏代谢维度的虚拟细胞，是残缺的。因此，西湖大学团队联合上海人工智能实验室、百图生科和上海创智学院，正式推出了AIVM（AI虚拟代谢）概念，这是我们为填补AIVC版图缺口而迈出的关键步伐——它标志着我们从基因层面的调控模拟，正式跃升到更为复杂、动态的代谢网络重建。唯有将VCC验证过的基因调控能力与AIVM定义的代谢重构能力相融合，我们方能真正接近一个'活'的数字细胞孪生。"
展望未来，李子青教授表示："AIVM概念的提出仅是开端，我们正联合多方力量，基于这一新范式开展高强度的科学研究。让我们共同期待AIVM未来的研究成就，见证AI与合成生物学的下一次精彩交汇！"
来 源| 李子青实验室
编 辑| 杨佳吟
审 核| 李子青、苏凌菲
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