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博鱼体育 用人工智能設計“原創”新卵白質:只需幾秒鐘,而非幾個月
发布日期:2022-09-20 15:52    点击次数:208

本年6月,韓國監管機構批準了首款由人類設計的新式卵白質制成的新冠肺炎疫苗。該疫苗基于一種球形卵白質“納米顆粒”,由筹商人員在10年前通過勞動密集型試錯攻關研制而成。

現在,隨著人工智能(AI)的宏大進步,美國西雅圖華盛頓大學(UW)死活字學家David Baker領導的一個團隊,只需幾秒鐘——而不是幾個月——便不错設計出這樣的分子。相關筹商發表于9月15日出书的《科學》。

目睹此景,我心中不由得感慨:与赛车相比,自己刚刚离开的摔跤运动,是一项多么寂寞而小众的运动——八天的赛程中,除了几场有东道主选手参加的决赛之外,鲜少有观众的影子。

人工智能器具正在幫助科學家設計出形狀不同于任何当然界結構的卵白質。圖片來源:Ian C Haydon/UW Institute for Protein Design

這些戮力是科學巨變的一部分,像DeepMind公司的卵白質結構預測軟件AlphaFold這樣的AI器具,受到了人命科學家的青睞。本年7月,DeepMind涌现,最新版块的AlphaFold已經預測了已知统统卵白質的結構。最近幾個月,AI器具出現了爆炸式增長——其中一些基于AlphaFold,不错飞快創造出全新卵白質。在此之前,這是一項艱苦的使命,失敗率很高。

Baker的實驗室在過去30年里一直在制造新的卵白質。他的實驗室從上世紀90年代開始開發了一種名為Rosetta的軟件,不错將這一過程分红多個步驟。率先,筹商人員構想出一種新卵白質的形狀——时时是將其他卵白質的片断拼湊在全部,然后由軟件推導出與該形狀對應的氨基酸序列。

但在實驗室中制作這些“草稿”卵白質時很少能折疊成所需的形狀,违反,它們最終被卡在不同的狀態。因此,還需要另一個步驟調整卵白質序列,使其僅折疊成一個單一的所需結構。曾在Baker實驗室使命的哈佛大學進化生物學家Sergey Ovchinnikov說,這一步驟波及模擬不同序列可能折疊的统统表情,博鱼体育官网計算本钱很高。“可能需要1萬臺電腦連續運行數周來完成這件事。”

Ovchinnikov說,讨论词通過調整AlphaFold和其他AI设施,這一耗時的步驟不错瞬間完成。在Baker團隊開發的一種名為“幻覺”的法子中,筹商人員將隨機的氨基酸序列輸入結構預測網絡;根據網絡的預測,改變其結構,使之變得更像卵白質。在2021年的一篇論文中,Baker團隊在實驗室中創造了100多個小的“幻覺”卵白質,其中約1/5的卵白質與預測形狀雷同。

AlphaFold和Baker實驗室開發的類似器具RoseTTAFold,被訓練用于預測單個卵白質鏈的結構。但筹商人員很快發現,這種網絡也不错模擬多種相互作用卵白質的組合。在此基礎上,Baker團隊坚信,他們不错使卵白質自我組裝成不同形狀和大小的納米顆粒,與上述新冠肺炎疫苗所波及的卵白質類似。Baker團隊堅信,在實驗室制造一種新的卵白質是對他們法子的最終檢驗。

Baker說,在設計具有特定任務的卵白質時,實驗是必不成少的。7月,他的團隊描述了一種AI法子,允許筹商人員將特定序列或結構镶嵌新的卵白質中。他們使用這些法子設計催化特定反應的酶、能夠與其他分子結合的卵白質,以及一種可用于對抗呼吸道病毒疫苗的卵白質,而呼吸道病毒是導致嬰兒入院的主要原因。

昨年,DeepMind在英國倫敦斥地了一家名為“同構實驗室”的公司,遐想將AlphaFold等AI器具應用于藥物發現。DeepMind首席執行官Demis Hassabis暗示,卵白質設計是深度學習技術的一個明顯而有出路的應用,尤其是AlphaFold。“盡管我們在卵白質設計領域做了许多使命,但現在還仅仅個開始。”

相關論文信息:

https://doi.org/10.1038/d41586-022-02947-7

編輯 : 徐亞嵐博鱼体育