“軟”硬兼施，砥礪前行
——記湖北省“青年百人計劃”專家、武漢理工大學教授鄭錚

深秋的清晨，涼風中夾雜著飛舞的落葉，太陽懶洋洋地從東方的天際爬出來，人們也開始了一天的忙碌。此時，如果你漫步在武漢理工大學的校園里，會偶遇這樣一位年輕人：他左手提著公文包，右手拿著一個冒著熱氣的保溫杯，行色匆匆地走進實驗室。遇見他的人們也許會感到奇怪：這個人究竟是干什么的，竟然如此早來到辦公室。他就是武漢理工大學的教授鄭錚。

實踐出真知

“我習慣性地早晨七點準時到實驗室，剛剛來到武漢理工大學任教，對于這里的一切，我需要更多的時間去了解，所以我每天早晨到得會更早。”鄭錚笑著解釋道。在佛羅里達大學攻讀博士學位期間，每天實驗室和住所間兩點一線的生活讓鄭錚養成這一習慣。美國求學期間，鄭錚主要從事計算化學及化學信息學領域的研究。在研究過程中，鄭錚發現能量方程是任何結構預測與優化算法的核心。隨著知識的不斷積累，鄭錚在2010—2011年連續開發出兩款經驗化能量方程LISA與LISA+。他在LISA+算法中引入定量構效關系的概念，根據配體分子的特征值將其分類，針對不同的配體類型，建立不同的能量參數。該算法曾在2012年由OpenEye公司組織舉辦的SAMPL3蛋白質—配體結合能雙盲檢測中被評為全球所有參與研究組中的最佳算法。憑借該算法的建立，鄭錚于2013年以第一申請人身份申請并獲得美國專利。

鄭錚教授在工作

不登高山，不知天之高；不臨深溪，不知地之厚。鄭錚一直秉承“腳踏實地方能有所作為”的信念。通過大量的理論分析及實踐考察，他發現在當今社會一款先進的軟件或計算機平臺尤為重要。沿著這一思路，鄭錚以藥物設計和蛋白質工程方向的算法開發、理論研究及程序設計為主要工作方向，建立并主導開發了“活字印刷（Movable Type）”算法。該算法是一種采用平行化運算的分子自由能算法。正如其名，“活字印刷（Movable Type）”算法會將眾多分子構象所在能量區域的玻爾茲曼分布“放置”于平行化運算的“活字模板”上，并根據結構信息“排列”，當結構能量收集完畢后則將自由能“打印”輸出。在過去的幾年時間里，作為美國著名計算化學領域專家Kenneth M. Merz Jr.研究組及美國QuantumBio公司中的領軍人物，鄭錚與多位科學家合作，共同開發并不斷完善著“活字印刷”算法的相關研究。功夫不負有心人，在鄭錚及整個團隊的努力下，他將“活字印刷”算法拓展至分子對接到MT-HeatMap算法、溶劑化能運算（KMTISM算法）以及基于自由能的小分子構象搜索（MT-CS算法）等領域里，且都有著不可估量的前景。

隨著“活字印刷”算法的日益精進與完善，該算法逐漸得到了眾多學術界專業人士的充分肯定和認可。2015年全球第三大制藥、生物以及衛生保健公司葛蘭素史克公司（GlaxoSmithKline LLC）與鄭錚取得聯系，進行“活字印刷”算法的應用合作，此次合作洽談順利并一直保持至今。2015年7月及2017年7月，鄭錚兩次受到邀請，出席由計算化學及生物物理學領域頂級專家組織且僅限受邀者參加的Summer Snowmass Biophysics Workshop并作會議報告。與會期間，很多專家都表示了對“活字印刷”算法給予肯定。

預則立，不預則廢

10年海外科研生涯讓鄭錚對于計算化學有了自己獨到的見解：計算化學的發展必由其方法的實用性和可推廣性來決定。只有在更大程度上有效應用于甚至引領藥物設計、新型生物分子設計等領域的發展，計算化學學科才能在更大程度上被關注，同時吸引更多的人才和資金。

不打無準備之仗。針對算法的實用性，鄭錚將借助武漢理工大學為平臺，完善高速分子自由能模擬算法。計算機輔助分子設計的一個核心內容即是分子自由能的模擬，而分子自由能的模擬運算僅靠精確的能量方程及最優結構的搜索是遠遠不夠的，諸多局部能量極小值以及廣闊的搜索空間帶來的熵值貢獻，往往是自由能運算中不可忽視，也是模擬過程中最為困難的部分。鄭錚提出并研發“活字印刷（Movable Type）”算法的初衷就是針對這一學術難題。雖然“活字印刷”算法在諸多體系模擬運算中的表現得到很大提高，但該算法在諸多方面還有極大的提升與改進空間。在程序結構上，鄭錚準備采用GPU運算代替傳統的CPU運算，旨在極大提升運算速度；他準備將圖論引入分子結構，可以更高效且更準確地進行“活字印刷”算法所需的向量正交化運算。另一方面，自由能模擬運算也離不開精確的能量方程的指導。在能量方程的開發中，一個重要的課題就是合理的參數化流程。鄭錚將通過建立基于分子結構的貝葉斯網絡以及引入諸如人工神經網絡等機器學習方法的方式，整合高精度晶體電子密度數據及量子化學計算數據等大量相關數據，對力場參數進行全面優化。

磨刀不誤砍柴工。針對高速分子自由能模擬算法的推廣，基于“活字印刷”算法具有較高計算精度（采用物理模型）與極快運算速度（數值化方法與平行運算）的特點，鄭錚計劃著重優先程序的優化，在半年內使“活字印刷”程序具有對介觀大分子的熱力學性質及動力學行為的高速運算能力。另一方向是通過藥物靶向性研究來推廣高速分子自由能模擬算法。鄭錚計劃利用“活字印刷”算法在勢能曲面模擬方面速度上的優勢，開發出可基于分子結合自由能的虛擬篩選平臺，在計算精度上大大超越基于經驗化模型的現有虛擬篩選策略；同時，他還將與武漢理工大學有關阿茲海默病研究的雙一流創新團隊合作，進行針對阿茲海默癥的多靶點藥物研究。

千磨萬擊還堅韌，任爾東南西北風。我們相信鄭錚未來會不畏困難，勇往直前，用實際行動為計算化學事業貢獻自己的力量。