蛋白质结构也能预测?看人工智能如何“神机妙算”!

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8月3日消息 据中央广播电视总台中国之声《新闻超链接》报道,总部位于英国的人工智能公司“深层思维”日前宣布,该公司开发的人工智能程序“阿尔法折叠”已预测出约100万个物种的超过2亿种蛋白质的结构,涵盖科学界已编录的几乎每一种蛋白质。

据介绍,这些信息将上传至可公开访问的“阿尔法折叠蛋白质结构数据库”。这些数据已经在疟疾疫苗开发、对抗抗生素耐药性与塑料污染等场景中得到应用,并且帮助研发人员加速新药研发。

“阿尔法折叠”是如何进行预测的?蛋白质能被设计改造吗?我国科学家在这一领域正在进行哪些科研攻关?

不是所有人工智能都能预测蛋白质结构!

人工智能可以完成很多事情——在围棋对弈中战胜柯洁的“阿尔法狗”,我们熟悉的智能算法、自动驾驶、机器写作等都离不开人工智能技术的支持。

而这次引发关注的人工智能程序“阿尔法折叠”与“阿尔法狗”一样,同属于人工智能公司“深层思维”。

几十年来,根据氨基酸序列确定蛋白质3D形状一直是生物学领域的一大难题。北京航空航天大学教授、结构生物学家、中国生物物理学会科普工委秘书长叶盛介绍,基因与蛋白质之间好像存在着一种一一对应的关系,但是这个对应关系到底是什么?直到今天,科学界仍旧没能在学术上找到公式去描述该折叠过程。

面对这样的问题,人工智能可以发挥作用。叶盛表示,现在已经获得的蛋白质结构只有18万个左右,但“阿尔法折叠”通过这18万个结构的一一对应的关系去学习,最终在神经网络里学习到转换的规律,能够准确地预测三维结构。

人工智能技术由来已久,也有很多公司在做蛋白质结构预测,而“阿尔法折叠”率先成功的诀窍在于技术与算力积累。

叶盛解释:“因为‘深度思维’的背后有谷歌提供的算力支持,所以它是用庞大的算力作为支撑,才能完成2亿多蛋白质结构的预测计算工作。”

蛋白质能被设计改造?前路漫漫!

蛋白质的3D形状或结构决定了它在细胞中的功能,如今“阿尔法折叠”已预测出超过2亿种蛋白质结构,设计改造蛋白质来调整它的功能似乎逐渐“照进现实”。

叶盛介绍,蛋白质改造其实很早以前就有,上个世纪八九十年代,甚至更早,就已经有人在做这方面的工作,但是早期工作主要集中在化工某步骤的生产环节,因此被称为蛋白质工程。

近年来,人工设计蛋白质成为新的方向,叶盛说:“我们在尝试,不仅是用人工智能去预测已有蛋白质的结构,在它学习足够多的蛋白质结构的规律后,还要看它有没有可能自己设计出一种新的蛋白质。”

虽然目前人工设计蛋白质还处于发展阶段,但它具备很多用途和广阔前景。叶盛表示,如果能够突破蛋白质设计的环节,未来可能给药物的市场带来革命,能够让一些新的药物去解决以前解决不了的疾病问题。

明年就能突破?中国蛋白质结构预测已经走到这一步!

无论是在蛋白质结构预测领域,还是在人工智能领域,中国经过多年发展都已积累许多科研基础。

蛋白质药物是叶盛教授团队的重要研究方向,他介绍,蛋白质药物已成为药物市场上飞速发展的领域,它主要解决的问题往往是一些小分子药物无法解决的一些重大疾病。抗体是分子量非常巨大的蛋白质分子,“我们在尝试通过人工智能算法去设计出相对很小的蛋白质,但同时又能够完成抗体药物的功能”。

目前在蛋白质设计领域,国内与国外技术思路不完全一样。叶盛介绍说,像中科大、中科院计算所等单位都投入力量到蛋白质设计的工作中。

叶盛也表示:“目前已有一些文章发表在比较有影响力的学术期刊上,我觉得再给一段时间,也许明年,我们可能就能够在这个领域有一个井喷式的发展,涌现出各种各样不同思路的蛋白质设计算法。”

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