據(jù)中央廣播電視總臺(tái)中國(guó)之聲《新聞超鏈接》報(bào)道，總部位于英國(guó)的人工智能公司“深層思維”日前宣布，該公司開(kāi)發(fā)的人工智能程序“阿爾法折疊”已預(yù)測(cè)出約100萬(wàn)個(gè)物種的超過(guò)2億種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，涵蓋科學(xué)界已編錄的幾乎每一種蛋白質(zhì)。

據(jù)介紹，這些信息將上傳至可公開(kāi)訪問(wèn)的“阿爾法折疊蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)”。這些數(shù)據(jù)已經(jīng)在瘧疾疫苗開(kāi)發(fā)、對(duì)抗抗生素耐藥性與塑料污染等場(chǎng)景中得到應(yīng)用，并且?guī)椭邪l(fā)人員加速新藥研發(fā)。

“阿爾法折疊”是如何進(jìn)行預(yù)測(cè)的？蛋白質(zhì)能被設(shè)計(jì)改造嗎？我國(guó)科學(xué)家在這一領(lǐng)域正在進(jìn)行哪些科研攻關(guān)？

【資料圖】

不是所有人工智能都能預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)！

人工智能可以完成很多事情——在圍棋對(duì)弈中戰(zhàn)勝柯潔的“阿爾法狗”，我們熟悉的智能算法、自動(dòng)駕駛、機(jī)器寫作等都離不開(kāi)人工智能技術(shù)的支持。

而這次引發(fā)關(guān)注的人工智能程序“阿爾法折疊”與“阿爾法狗”一樣，同屬于人工智能公司“深層思維”。

幾十年來(lái)，根據(jù)氨基酸序列確定蛋白質(zhì)3D形狀一直是生物學(xué)領(lǐng)域的一大難題。北京航空航天大學(xué)教授、結(jié)構(gòu)生物學(xué)家、中國(guó)生物物理學(xué)會(huì)科普工委秘書長(zhǎng)葉盛介紹，基因與蛋白質(zhì)之間好像存在著一種一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，但是這個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系到底是什么？直到今天，科學(xué)界仍舊沒(méi)能在學(xué)術(shù)上找到公式去描述該折疊過(guò)程。

面對(duì)這樣的問(wèn)題，人工智能可以發(fā)揮作用。葉盛表示，現(xiàn)在已經(jīng)獲得的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)只有18萬(wàn)個(gè)左右，但“阿爾法折疊”通過(guò)這18萬(wàn)個(gè)結(jié)構(gòu)的一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系去學(xué)習(xí)，最終在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)里學(xué)習(xí)到轉(zhuǎn)換的規(guī)律，能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)三維結(jié)構(gòu)。

人工智能技術(shù)由來(lái)已久，也有很多公司在做蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)，而“阿爾法折疊”率先成功的訣竅在于技術(shù)與算力積累。

葉盛解釋：“因?yàn)椤疃人季S’的背后有谷歌提供的算力支持，所以它是用龐大的算力作為支撐，才能完成2億多蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)計(jì)算工作。”

蛋白質(zhì)能被設(shè)計(jì)改造？前路漫漫！

蛋白質(zhì)的3D形狀或結(jié)構(gòu)決定了它在細(xì)胞中的功能，如今“阿爾法折疊”已預(yù)測(cè)出超過(guò)2億種蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)改造蛋白質(zhì)來(lái)調(diào)整它的功能似乎逐漸“照進(jìn)現(xiàn)實(shí)”。

葉盛介紹，蛋白質(zhì)改造其實(shí)很早以前就有，上個(gè)世紀(jì)八九十年代，甚至更早，就已經(jīng)有人在做這方面的工作，但是早期工作主要集中在化工某步驟的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，因此被稱為蛋白質(zhì)工程。

近年來(lái)，人工設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)成為新的方向，葉盛說(shuō)：“我們?cè)趪L試，不僅是用人工智能去預(yù)測(cè)已有蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，在它學(xué)習(xí)足夠多的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的規(guī)律后，還要看它有沒(méi)有可能自己設(shè)計(jì)出一種新的蛋白質(zhì)。”

雖然目前人工設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)還處于發(fā)展階段，但它具備很多用途和廣闊前景。葉盛表示，如果能夠突破蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)，未來(lái)可能給藥物的市場(chǎng)帶來(lái)革命，能夠讓一些新的藥物去解決以前解決不了的疾病問(wèn)題。

明年就能突破？中國(guó)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)已經(jīng)走到這一步！

無(wú)論是在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)領(lǐng)域，還是在人工智能領(lǐng)域，中國(guó)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展都已積累許多科研基礎(chǔ)。

蛋白質(zhì)藥物是葉盛教授團(tuán)隊(duì)的重要研究方向，他介紹，蛋白質(zhì)藥物已成為藥物市場(chǎng)上飛速發(fā)展的領(lǐng)域，它主要解決的問(wèn)題往往是一些小分子藥物無(wú)法解決的一些重大疾病。抗體是分子量非常巨大的蛋白質(zhì)分子，“我們?cè)趪L試通過(guò)人工智能算法去設(shè)計(jì)出相對(duì)很小的蛋白質(zhì)，但同時(shí)又能夠完成抗體藥物的功能”。

目前在蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)與國(guó)外技術(shù)思路不完全一樣。葉盛介紹說(shuō)，像中科大、中科院計(jì)算所等單位都投入力量到蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)的工作中。

葉盛也表示：“目前已有一些文章發(fā)表在比較有影響力的學(xué)術(shù)期刊上，我覺(jué)得再給一段時(shí)間，也許明年，我們可能就能夠在這個(gè)領(lǐng)域有一個(gè)井噴式的發(fā)展，涌現(xiàn)出各種各樣不同思路的蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)算法。”

監(jiān)制：郭靜

記者：鶴佳 劉飛

編輯：潘雨薇 楊冉

標(biāo)簽： 人工智能 蛋白質(zhì)設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)