BIOVIA Discovery Studio
生命科学分子仿真平台 — 从靶标识别到临床前开发的完整计算药物研发解决方案
BIOVIA Discovery Studio 是针对生命科学领域药物发现研究中最全面的 3D 建模和仿真应用程序。基于 BIOVIA Pipeline Pilot 系统基础上，Discovery Studio 在同一个接口中集成了经 30 多年行业的研究成果与全球顶尖的 in silico 技术，提供一套综合的方案，可支持生物治疗和小分子药物的先期研发。
平台集成了由哈佛大学、麻省理工学院和加州大学旧金山分校等学术领袖开发并验证的方法，并与 CHARMm、NAMD、MODELER、ZDOCK、GOLD 及 Catalyst 等成熟先进的仿真程序合作。从早期靶标识别、先导化合物发现与优化到临床前制剂开发，Discovery Studio 满足药物发现过程的各项计算需求。
| 产品类别 | 计算化学 / 分子建模与仿真 |
| 开发商 | 达梭系统 Dassault Systemes，BIOVIA 品牌 |
| 平台类型 | Windows 桌面应用程序 + 服务器端运算；3DEXPERIENCE 平台 |
| 建构于 | BIOVIA Pipeline Pilot |
| 历史沿革 | 原 Accelrys（创立于 1981 年），2014 年由达梭系统收购 |
内核功能
蛋白质建模与开发
MODELER 同源建模
运用领先市场的 MODELER 同源建模算法，基于胺基酸串行快速预测高品质 3D 蛋白质模型；DS 2026 内含 MODELER v10.7
串行分析与性质计算
以 BLAST 和 PSI-BLAST 进行串行搜索、特征/motif 预测、转译后修饰位点 (PTM) 预测及蛋白质电离与等电点计算
Loop 区与侧链优化
运用 CHARMm 的 LOOPER 算法进行 Loop 区构象系统采样与优化，以 ChiRotor 优化胺基酸侧链位置
ZDOCK 蛋白质-蛋白质对接
使用 ZDOCK 进行蛋白质-蛋白质对接研究并对结果进行优化；支持组合胺基酸突变评估稳定性与结合亲和力
抗体设计与建模
抗体结构预测
支持 IMGT、Kabat、Chothia、Honegger 编号方案；从轻、重链串行生成高品质全长抗体、Fab 或 Fv 3D 结构（DS 2026 含 8,083 个 PDB 抗体范本）
可开发性评估
计算溶解度、粘度与可开发性指数 (DI)；运用表面电荷法 (SCM) 估算粘度，AggMap 聚合倾向打分进行排序；预测六种常见赋形剂的优先相互作用
人源化与亲和力成熟
抗体人源化设计以降低免疫原性；互补位残基预测（DS 2025 新功能）；抗体-抗原复合物创建与亲和力成熟研究（DS 2025 新功能）
仿真
CHARMm 与 NAMD 分子动力学
在 GPU 和 CPU 上运行能量最小化和 MD 仿真；支持 CGenFF、charmm36 力场；NAMD GPU-resident 模式（DS 2025）；OpenMM GPU 加速（DS 2026）
MSLD 自由能计算
Multi-Site Lambda Dynamics 在单个 GPU 仿真中计算整个组合库的相对结合自由能，比传统 FEP 效率高 20 倍；适合大规模先导化合物优化
FEP 与 QM/MM
自由能微扰仿真计算多对配体结合的相对自由能；OpenFE 框架集成（DS 2026）；结合 DMol3 与 CHARMm 进行 QM/MM 研究
基于结构和片段的设计
多种分子对接方法
CDOCKER（CHARMm）、LibDock（热点）、Ludi、MCSS 及药效团方法；与 CCDC GOLD 交互进行对接（DS 2026 含 GOLD v2025.1）
先导化合物优化
以经典药物化学反应转化与商业试剂进行原位优化；骨架跳跃或 R 基取代产生新分子设计；MM-PBSA/MM-GBSA 结合能计算
基于药效团和配体的设计
Catalyst 药效团引擎
市场领先的 3D 药效团自动生成（活性配体、受体位点、受体-配体复合物）；搭配 PharmaDB 库（41,000+ 条目）探索脱靶效应和药物再利用
组合库与筛选优化
基于反应的枚举或 Markush 组合库；使用 Pareto 优化、聚类、多样性和相似性分析进行库选择优化
ADMET / TOPKAT 预测
ADMET 性质预测
评估血脑屏障穿透、人体肠道吸收、水溶性、肝毒性、CYP2D6 等药物动力学特性；支持数百种物理化学与量子力学描述词
TOPKAT 毒性评估
Ames 致突变性、啮齿动物致癌性、皮肤刺激性和致敏性、眼睛刺激性、需氧生物降解性；Labcorp 用于农化品法规毒理学评估
集成引擎
| 引擎 | 功能 |
|---|---|
| CHARMm | 基于力场的仿真（CPU + GPU 版本） |
| NAMD | 基于力场的仿真（CPU + GPU 版本） |
| MODELER | 蛋白质同源性建模（DS 2026 中为 v10.7） |
| BLAST+ | 串行搜索 |
| GOLD | 蛋白质配体对接（CCDC，DS 2026 中为 v2025.1） |
| ZDOCK | 蛋白蛋白对接 |
| Catalyst | 药效团仿真 |
| AggMap / SCM | 蛋白质聚集和粘度预测 |
| CDOCKER | 基于 CHARMm 的柔性分子对接 |
| LibDock | 基于热点的对接 |
| DMol3 | 量子力学计算（QM/MM） |
| TOPKAT | QSAR 预测毒理学 |
技术规格
| 平台 | Windows 桌面客户端 + 服务器运算 |
| 服务器操作系统 | Windows Server；DS 2026 已移除 Linux 支持 |
| GPU 支持 | NVIDIA GPU 用于 CHARMm、NAMD、MSLD、FEP；OpenMM 加速（DS 2026） |
| 基础架构 | 建构于 BIOVIA Pipeline Pilot（需安装 Pipeline Pilot） |
| 力场 | CGenFF、charmm36、CHARMm |
| 文件格式 | PDB、mmCIF（DS 2026 完全支持多字符链名）、SDF、MOL2 |
| 数据库 | PharmaDB（41,000+ 条目，scPDB 2024）、精选 PDB 抗体范本（8,083 结构） |
| 集成 | 3DEXPERIENCE 平台、BIOVIA Pipeline Pilot、GOLD（CCDC） |
| 免费工具 | Discovery Studio Visualizer 可免费下载 |
应用领域
制药公司
小分子药物探索、先导化合物优化、虚拟筛选、ADMET 预测
生物技术公司
抗体设计、生物制剂可开发性评估、蛋白质工程
学术/研究机构
结构生物学、计算化学、药物探索培训
农化品 / 政府机构
TOPKAT 法规毒理学预测（Labcorp 使用）；COVID-19 药物再利用研究
药物开发生命周期涵盖范围
| 阶段 | 关键工具与方法 |
|---|---|
| 靶标识别 | 同源建模（MODELER）、蛋白质-蛋白质对接（ZDOCK）、串行分析 |
| 先导化合物识别 | 虚拟筛选、药效团筛选（Catalyst）、片段式设计 |
| 先导化合物优化 | MSLD/FEP 结合自由能、骨架跳跃、原位 R 基取代、QSAR |
| 临床前 | ADMET 预测、TOPKAT 毒性、致突变性、致癌性评估 |
| 生物制剂开发 | 抗体建模、人源化、可开发性（DI、粘度、聚合）、配方 |
| 配方开发 | 赋形剂预测、蛋白质稳定性评估 |
内核竞争优势
最全面的一体化平台
生物制剂 + 小分子 + ADMET + 仿真集成於单一接口
MSLD 高效率自由能计算
比传统 FEP 高 20 倍效率的组合库自由能计算
市场领先的内核引擎
Catalyst 药效团引擎、MODELER 同源建模、TOPKAT 毒理学 — 均为各自领域的业界标竿
企业级集成与自动化
Pipeline Pilot 基础实现跨 BIOVIA 产品的工作流程自动化；3DEXPERIENCE 平台端对端研发生命周期管理
30+ 年科学验证
数以万计的同侪审查参考文献；哈佛、MIT、UCSF 等顶尖学术机构验证的方法
近期更新
| 日期 | 更新内容 |
|---|---|
| 2025 年 11 月 | Discovery Studio 2026 — OpenMM GPU 加速、OpenFE 自由能框架、增强口袋侦测和变构运动分析、mmCIF 多字符链支持、MODELER 10.7、GOLD 2025.1；移除 Linux 客户端 |
| 2024 年 11 月 | Discovery Studio 2025 — 抗体互补位预测、PharmaDB 41,000+ 条目（scPDB 2024）、NAMD GPU-resident 模式、mmCIF 完全支持、CHARMm 扩展至 100 万原子 |
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