讓生物學(xué)家擺脫數(shù)據(jù)分析之苦，斯坦福團(tuán)隊發(fā)布首個開源自進(jìn)化生物分析AI智能體，實現(xiàn)自動化基因組學(xué)發(fā)現(xiàn)

編輯丨王多魚

排版丨水成文

近年來，大語言模型（LLM）及其驅(qū)動的智能體（Agent）系統(tǒng)取得了顯著進(jìn)展，顯著提升了推理、規(guī)劃、代碼生成和工具調(diào)用能力，使復(fù)雜數(shù)據(jù)分析能夠以遠(yuǎn)超純?nèi)斯し绞降乃俣群鸵?guī)模被自動、迭代地執(zhí)行。這一趨勢在生物學(xué)領(lǐng)域尤為重要。

盡管目前已經(jīng)出現(xiàn)了不少能夠輔助生物學(xué)分析的智能體系統(tǒng)，但現(xiàn)有生物學(xué)智能體大多建立在 Web 圖形用戶界面（GUI）之上，這在一定程度上限制了其靈活性以及與現(xiàn)有計算工作流的深度集成。與此同時，相當(dāng)一部分系統(tǒng)仍以商業(yè)閉源形式提供服務(wù)，缺乏社區(qū)驅(qū)動的擴(kuò)展機(jī)制，也未被設(shè)計為可將代理與執(zhí)行環(huán)境解耦的分布式系統(tǒng)，因此在涉及敏感基因組數(shù)據(jù)時，本地部署與隱私保護(hù)能力仍然不足。更進(jìn)一步，這些系統(tǒng)通常也不支持自動或遞歸式的代碼演化與優(yōu)化。

2026 年 2 月 27 日，斯坦福大學(xué)邱肖杰實驗室的徐偉澤、Erwin Poussi、鐘權(quán)、曾澤華、Christopher Zou、王學(xué)海、盧意帆等研究人員，聯(lián)合 Lenovo、Vizgen、卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院及加州大學(xué)圣地亞哥分校等多個頂尖研究機(jī)構(gòu)，發(fā)布了一款分析生物醫(yī)學(xué)智能體系統(tǒng)——PantheonOS，這是一個可演化、保護(hù)隱私且通用的多智能體框架，旨在兼顧通用性和深度領(lǐng)域特異性。

PantheonOS 的誕生，標(biāo)志著生物醫(yī)學(xué)智能體正在從依賴閉源云端的數(shù)據(jù)分析模式，邁向完全開源、本地部署、覆蓋全流程的新一代數(shù)據(jù)分析范式。

PantheonOS提供了一個抽象的、可擴(kuò)展的架構(gòu)，支持自定義智能體組合。在論文中作者設(shè)計并應(yīng)用該智能體系統(tǒng)完成了端到端的單細(xì)胞和多組學(xué)分析，還涵蓋強(qiáng)化學(xué)習(xí)增強(qiáng)的基因組面板設(shè)計、原始 FASTQ 數(shù)據(jù)處理、多模態(tài)數(shù)據(jù)集成和三維空間基因組重建等復(fù)雜的生物學(xué)任務(wù)。

此外對于通用型生物學(xué)分析任務(wù)，包括遺傳學(xué)、基因組學(xué)、微生物學(xué)、藥理學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)等任務(wù)，PantheonOS 通過 Skill Store 也能媲美并達(dá)到當(dāng)前智能體的最優(yōu)水平。不僅如此，Pantheon-Evolve 是該框架的核心，它支持智能代碼演化，使系統(tǒng)能夠自主改進(jìn)最先進(jìn)的批量校正算法和基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的新型基因組設(shè)計算法，從而超越人工設(shè)計的基線水平。

該研究以：PantheonOS: An Evolvable Multi-Agent Framework for Automatic Genomics Discovery為題發(fā)表于預(yù)印本平臺bioRxiv上，研究團(tuán)隊在 pantheonos.stanford.edu 開放了免費(fèi)注冊和試用，并在 Github 上完全開源。

該研究開發(fā)的 PantheonOS 采用四層金字塔架構(gòu)，從 LLM 層開始，依次構(gòu)建到代理層、接口層和應(yīng)用層，并支持靈活的用戶界面，構(gòu)建了一個可演化的分布式多代理系統(tǒng)。

• LLM 層包含一個統(tǒng)一的 LLM 接口，支持 100 多個 LLM，并具備自動重試和回退功能。它還支持通過 NATS（https://nats.io/）進(jìn)行分布式通信，從而實現(xiàn)靈活的跨設(shè)備部署。

• 代理層提供運(yùn)行時執(zhí)行模型，使代理能夠通過統(tǒng)一的代理循環(huán)、結(jié)構(gòu)化的代理間傳輸以及管理任務(wù)狀態(tài)和工件的正式模態(tài)任務(wù)協(xié)議（MTP）進(jìn)行協(xié)調(diào)。值得注意的是，在代理層，Pantheon-Evolve 模塊采用進(jìn)化算法使智能體能夠通過智能體引導(dǎo)的進(jìn)化，迭代地改進(jìn)外部和內(nèi)部算法、軟件包或技能，從而達(dá)到超越人類的性能。

• 接口層的設(shè)計非常靈活，可以滿足不同的用戶需求，包括命令行界面 (CLI)、Jupyter notebook、Web 圖形用戶界面 (GUI) 和 飛書/QQ/Slack 聊天機(jī)器人。

• 應(yīng)用層，通過配置驅(qū)動的組裝方式允許通過組合底層組件快速構(gòu)建特定領(lǐng)域的代理系統(tǒng)。

因此，PantheonOS 的分層分離設(shè)計使其既可作為通用的數(shù)據(jù)科學(xué)框架，又可輕松定制以應(yīng)用于基因組學(xué)和其他領(lǐng)域。

最后，Pantheon 應(yīng)用商店支持社區(qū)驅(qū)動的組件開發(fā)和共享。目前已有超過 1300 個生物學(xué) skill 可被一鍵安裝使用，應(yīng)用商店中的技能、軟件包、代理和團(tuán)隊定義可以一鍵安裝到上述任何接口中，從而方便將現(xiàn)有系統(tǒng)擴(kuò)展到新的應(yīng)用場景。

為了評估 PantheonOS 在多個生物學(xué)領(lǐng)域的強(qiáng)大功能，研究人員選擇了三個生物學(xué)分析領(lǐng)域的復(fù)雜場景。

案例 1：早期胚胎發(fā)育

在小鼠早期胚胎發(fā)育過程中，PantheonOS 能夠自動重建三維空間基因表達(dá)圖譜，解析 Cer1 表達(dá)的不對稱性和旁分泌 Cer1-Nodal 抑制，揭示了胚胎第 6 天（E6.0）穩(wěn)健的近端-遠(yuǎn)端軸。

案例 2：人類 3D 胎兒心臟

在人類發(fā)育過程中，PantheonOS 將胎兒心臟單細(xì)胞多組學(xué)數(shù)據(jù)與受孕后第 12 周的全心 3D MERFISH+ 數(shù)據(jù)整合，揭示了心臟疾病發(fā)生發(fā)展過程中空間分辨的分子機(jī)制。

案例 3：虛擬細(xì)胞路由

最后，PantheonOS 的智能模型路由機(jī)制使其能夠自適應(yīng)地選擇異構(gòu)任務(wù)中最優(yōu)的虛擬細(xì)胞模型，從而揭示心臟發(fā)生的最小調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，并預(yù)測發(fā)育中心臟的空間分辨擾動效應(yīng)。

總的來說，該研究推出的 PantheonOS，是一個可演化的多智能體操作系統(tǒng)，旨在擴(kuò)展和加速數(shù)據(jù)科學(xué)。PantheonOS 或許徹底彌補(bǔ)了智能體生態(tài)體系在開源程度上的不足。PantheonOS 通過四項基礎(chǔ)性創(chuàng)新解決了單細(xì)胞和空間數(shù)據(jù)分析中新出現(xiàn)的瓶頸：

1）一個高度可擴(kuò)展的通用抽象框架；

2）一個用于端到端單細(xì)胞和空間基因組學(xué)數(shù)據(jù)分析的實例；

3）用于算法創(chuàng)新的 Pantheon-Evolve 模塊；

4）以及一個用于自適應(yīng)模型選擇的智能虛擬細(xì)胞模型。

隨著大語言模型（LLM）和智能體框架不斷掌握長周期任務(wù)和自我演化，可預(yù)見科學(xué)流程將發(fā)生根本性的重構(gòu)。PantheonOS 為未來提供了一個藍(lán)圖，在這個藍(lán)圖中，AI 智能體將與人類研究人員無縫協(xié)作，實現(xiàn)整個科學(xué)生命周期的自動化，涵蓋從假設(shè)生成、方法開發(fā)、代碼實現(xiàn)到執(zhí)行和演化、結(jié)果解釋以及可驗證的論文撰寫等各個環(huán)節(jié)。

如果說過去的生物分析智能體更多停留在演示層面，那么 PantheonOS 更像是在嘗試把 智能體真正做成一個可擴(kuò)展、可部署、可復(fù)用的科研操作系統(tǒng)。它的意義不僅在于又一個新工具出現(xiàn)，而在于它把“開源、多智能體、本地部署、自進(jìn)化”這幾條路線第一次比較完整地整合到了一個系統(tǒng)里。對于生物信息學(xué)研究者來說，這可能意味著一個更接近真實科研流程的下一代分析范式正在成型。

目前，PantheonOS 已在 PantheonOS.stanford.edu 上公開部署，并將全代碼完全開源，研究團(tuán)隊誠邀全球科學(xué)界利用、擴(kuò)展并共同參與這一自動化、可自我進(jìn)化的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之旅。

以下是框架的實際使用測試，不同于 Biomni 的開源版，PantheonOS 在開源的誠意更足，提供了完善的部署功能。

Pantheon-UI 為生物學(xué)家提供一個新的對話分析入口

對于常規(guī)生物學(xué)家，Pantheon-UI 是一個對話式分析界面，用戶可以非常直接地訪問 PantheonOS 的所有功能，享受多智能體協(xié)作的便利，不需要復(fù)雜安裝。

Pantheon-CLI 為分析學(xué)者提供更直接的工具調(diào)用體系

對于進(jìn)階的生物學(xué)分析學(xué)者，Pantheon-CLI 是一個命令行式的對話分析界面，類似 Claude Code 和 Codex，通過 CLI 可自主調(diào)用多種不同的工具完成生物學(xué)分析。

Pantheon-Store 為分析能力提供了無限可能

類似于 Clawhub，Pantheon-Store 提供了超過 1300 種不同的生物信息學(xué)分析 Skills，在未來還將持續(xù)迭代更新。

國產(chǎn)模型 / 使用成本

PantheonOS 還支持各類國產(chǎn)大模型，以及推出的 coding plan 計劃，無門檻，實惠到每一個生物學(xué)家。

來自內(nèi)測用戶的反饋：“沒想到一個來自生物領(lǐng)域的開源智能體框架能完善到超越現(xiàn)有幾乎全部的閉源商業(yè)框架，這是很不可思議的，或許這也是開源的魅力吧”。

最后，研究團(tuán)隊表示：未來半個月，我們將帶來免安裝桌面版 Pantheon-Desktop，以及支持微信、飛書、QQ 等多平臺的 PantheonClaw。我們始終堅持開源。因為科研從來不只是少數(shù)人的工具，而是推動整個人類文明進(jìn)步的火種。知識因開放而流動，創(chuàng)新因共享而發(fā)生。既然我們做的是面向未來的事，為什么不開源？歡迎到 Github 上持續(xù)關(guān)注我們的項目。

論文鏈接：

https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.02.26.707870v1

項目倉庫鏈接：

https://github.com/aristoteleo/PantheonOS

項目主頁和Skill Store：

https://pantheonos.stanford.edu/