谷歌的人工智能可預(yù)測蛋白質(zhì)的三維形狀

　　【手機(jī)中國新聞】在坎昆舉行的結(jié)構(gòu)預(yù)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(yù)測蛋白質(zhì)（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(wǎng)絡(luò)圖

　　“蛋白質(zhì)折疊”是一種不可思議的的分子折疊形式，雖然科學(xué)界很少對其進(jìn)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(zhì)構(gòu)成的，蛋白質(zhì)的形狀決定了它的功能。弄清楚蛋白質(zhì)是如何折疊的，就意味著研究人員可以開創(chuàng)科學(xué)和醫(yī)學(xué)進(jìn)步的新時代。

　　人體可以制造大約十億種不同的蛋白質(zhì)，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(zhì)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(zhì)有可能呈現(xiàn)出數(shù)量驚人的不同結(jié)構(gòu)：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(zhì)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(nèi)的作用。例如，心臟細(xì)胞點綴著折疊的蛋白質(zhì)，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(zhì)，這些蛋白質(zhì)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(yīng)光到將食物轉(zhuǎn)化為能量，都可以追溯到蛋白質(zhì)的形狀和運動。

　　一般情況下，蛋白質(zhì)具有最節(jié)能的形狀，但它們的纏結(jié)和錯誤折疊，會導(dǎo)致糖尿病，帕金森氏癥和阿爾茨海默病等疾病。如果科學(xué)家能夠從化學(xué)成分中預(yù)測出蛋白質(zhì)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(shè)計出治愈方案或為其他領(lǐng)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(jié)構(gòu)預(yù)測評估（CASP）競賽，這項競賽可以算得上是蛋白質(zhì)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(tuán)體。競爭需要從氨基酸列表中預(yù)測蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，連續(xù)數(shù)月每隔幾天這些氨基酸列表就被送到每個團(tuán)隊的手中，提交最準(zhǔn)確預(yù)測的團(tuán)隊獲勝。

　　在首輪比賽中，AlphaFold在98名參賽者中排名第一，其預(yù)測的43種蛋白質(zhì)中有25種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)最準(zhǔn)確，而同一類別中排名第二的隊伍中有43種結(jié)構(gòu)中只有3種預(yù)測的最為準(zhǔn)確。

　　為了構(gòu)建AlphaFold，DeepMind在數(shù)千種已知蛋白質(zhì)上構(gòu)建了一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，直到它可以預(yù)測單獨使用氨基酸的3D結(jié)構(gòu)。鑒于要研究的是新蛋白質(zhì)，AlphaFold使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測氨基酸對之間的距離，以及連接它們的化學(xué)鍵之間的角度。隨后，AlphaFold調(diào)整草圖結(jié)構(gòu)以找到最節(jié)能的布置。AlphaFold花了兩周時間來預(yù)測它的第一個蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，但現(xiàn)在它只需要幾個小時就能預(yù)測到結(jié)果。

　　雷丁大學(xué)研究員Liam McGuffin表示：“能夠預(yù)測出蛋白質(zhì)折疊形狀，對解決許多21世紀(jì)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>