谷歌的人工智能可預測蛋白質的三維形狀

　　【手機中國新聞】在坎昆舉行的結構預測評估（CASP）國際競賽上，該競賽的組織者宣布，谷歌旗下DeepMind公司最新的人工智能程序AlphaFold在預測蛋白質（即生命的基本分子）的三維形狀中打敗了所有競爭對手。

人工智能網絡圖

　　“蛋白質折疊”是一種不可思議的的分子折疊形式，雖然科學界很少對其進行討論，但它仍然是一個非常重要的問題。生物個體是由蛋白質構成的，蛋白質的形狀決定了它的功能。弄清楚蛋白質是如何折疊的，就意味著研究人員可以開創(chuàng)科學和醫(yī)學進步的新時代。

　　人體可以制造大約十億種不同的蛋白質，它們每一種都包含氨基酸鏈，能夠以20種不同的形態(tài)出現(xiàn)。蛋白質可以在每個氨基酸之間扭曲和彎曲，因此具有數(shù)百個氨基酸的蛋白質有可能呈現(xiàn)出數(shù)量驚人的不同結構：可能會圍繞成一個四維立方體，或是呈現(xiàn)300個零種形態(tài)。

　　蛋白質采用的3D形式取決于它所含氨基酸的數(shù)量和類型，而它的形狀決定了它在生物體內的作用。例如，心臟細胞點綴著折疊的蛋白質，使得血液中的任何腎上腺素都能粘住它們并使心率上升。同時，免疫系統(tǒng)中的抗體是折疊成特定形狀的蛋白質，這些蛋白質可以阻擋入侵的病菌。幾乎身體的每一個功能，從緊張肌肉和感應光到將食物轉化為能量，都可以追溯到蛋白質的形狀和運動。

　　一般情況下，蛋白質具有最節(jié)能的形狀，但它們的纏結和錯誤折疊，會導致糖尿病，帕金森氏癥和阿爾茨海默病等疾病。如果科學家能夠從化學成分中預測出蛋白質的形狀，他們就可以弄清楚其作用，以及它可能會造成的傷害，并設計出治愈方案或為其他領域給出解決辦法，比如打破環(huán)境中的塑料污染。

　　DeepMind將AlphaFold引入了結構預測評估（CASP）競賽，這項競賽可以算得上是蛋白質折疊大賽界的奧運會，一年舉行兩次，吸引了來自世界各地的研究團體。競爭需要從氨基酸列表中預測蛋白質的結構，連續(xù)數(shù)月每隔幾天這些氨基酸列表就被送到每個團隊的手中，提交最準確預測的團隊獲勝。

　　在首輪比賽中，AlphaFold在98名參賽者中排名第一，其預測的43種蛋白質中有25種蛋白質的結構最準確，而同一類別中排名第二的隊伍中有43種結構中只有3種預測的最為準確。

　　為了構建AlphaFold，DeepMind在數(shù)千種已知蛋白質上構建了一個神經網絡，直到它可以預測單獨使用氨基酸的3D結構。鑒于要研究的是新蛋白質，AlphaFold使用神經網絡預測氨基酸對之間的距離，以及連接它們的化學鍵之間的角度。隨后，AlphaFold調整草圖結構以找到最節(jié)能的布置。AlphaFold花了兩周時間來預測它的第一個蛋白質結構，但現(xiàn)在它只需要幾個小時就能預測到結果。

　　雷丁大學研究員Liam McGuffin表示：“能夠預測出蛋白質折疊形狀，對解決許多21世紀的問題具有重大意義，它能夠影響健康、生態(tài)、環(huán)境，并基本上能夠解決任何涉及生命系統(tǒng)的問題?！?/p>