彌補(bǔ)傳統(tǒng)觀測(cè)方法不足 加速生命科學(xué)領(lǐng)域研究  人工智能預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)(新知)

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彌補(bǔ)傳統(tǒng)觀測(cè)方法不足 加速生命科學(xué)領(lǐng)域研究 人工智能預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)(新知)

近日,人工智能企業(yè)上海天壤智能科技有限公司宣布,其自主研發(fā)的深度學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)折疊預(yù)測(cè)平臺(tái)在國際蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)競賽蛋白質(zhì)測(cè)試集的評(píng)估中獲得優(yōu)異成績,位居全球同類型團(tuán)隊(duì)前列。在400個(gè)氨基酸的蛋白鏈預(yù)測(cè)時(shí),該預(yù)測(cè)平臺(tái)僅耗時(shí)16秒。

科學(xué)家說,蛋白質(zhì)是細(xì)胞中的主要功能分子,在細(xì)胞中發(fā)揮多種多樣的功能。比如,作為酶發(fā)揮催化作用,參與生物體內(nèi)新陳代謝的調(diào)劑作用,運(yùn)輸代謝物質(zhì),用于細(xì)胞骨架的形成,以及參與免疫、細(xì)胞分化、細(xì)胞凋亡等過程。作為構(gòu)成生命的基本元件,破解蛋白質(zhì)的功能是揭開各種生命現(xiàn)象的金鑰匙。

據(jù)天壤創(chuàng)始人薛貴榮博士介紹,為了行使特定功能,蛋白質(zhì)必須折疊成特定的結(jié)構(gòu),只有少數(shù)蛋白質(zhì)處于天然無折疊狀態(tài)但仍具有功能。蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)也直接決定蛋白質(zhì)的功能,一旦三維結(jié)構(gòu)被破壞,蛋白質(zhì)功能隨之喪失。許多疾病都是由體內(nèi)重要的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)異常引起。因此,研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)有助于了解蛋白質(zhì)的功能和作用,從而帶來醫(yī)療保健、食品可持續(xù)性、創(chuàng)新生物技術(shù)等方面的改善,推進(jìn)生命科學(xué)、藥物研發(fā)、合成生物學(xué)方面的發(fā)展。

在生命科學(xué)領(lǐng)域,觀測(cè)和解析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)一直是個(gè)令人著迷的話題,吸引著眾多科學(xué)家攻堅(jiān),但也面臨著難度大、成本高、進(jìn)展有限的局面。傳統(tǒng)觀測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法主要有三種:核磁共振、X射線、冷凍電鏡。這些方法依賴大量試錯(cuò)以及昂貴的設(shè)備,每種結(jié)構(gòu)的研究往往長達(dá)數(shù)年?,F(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)手段也還不足以揭示一些重要的蛋白結(jié)構(gòu),需要借助更多生物信息技術(shù)、計(jì)算生物學(xué)手段去探索。但使用普通的計(jì)算機(jī)軟件來計(jì)算蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),運(yùn)算量相當(dāng)驚人,連超級(jí)計(jì)算機(jī)也難以承受。為此,蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)成為結(jié)構(gòu)生物學(xué)的重要分支,研究人員通過開發(fā)相關(guān)的人工智能算法,根據(jù)氨基酸序列來預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)。

“從人工智能戰(zhàn)勝圍棋世界冠軍,到城市交通調(diào)度,人工智能在解決復(fù)雜系統(tǒng)問題中顯示出了驚人的智能決策能力,而蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)雖然是生物學(xué)課題,同時(shí)也屬于復(fù)雜場(chǎng)景的問題,可以體現(xiàn)人工智能在基礎(chǔ)科學(xué)研究中的巨大潛能,我們不愿意錯(cuò)過這道風(fēng)景。”薛貴榮說,像這種全方位的創(chuàng)新項(xiàng)目非常珍貴,它覆蓋了交叉學(xué)科的創(chuàng)新、行業(yè)的創(chuàng)新、基礎(chǔ)科學(xué)的創(chuàng)新、人工智能算法和工程能力的創(chuàng)新。

近期的這些進(jìn)展表明,將人工智能應(yīng)用于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域,通過預(yù)測(cè)的方式破解傳統(tǒng)觀測(cè)方法所不能解析的一些結(jié)構(gòu),且可信度比較高,十分接近事實(shí)。這種人工智能的結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)算法,有望成為科學(xué)家的利器,加速生命科學(xué)領(lǐng)域的研究發(fā)展。

目前,單個(gè)蛋白質(zhì)折疊預(yù)測(cè)只是一個(gè)起點(diǎn),蛋白質(zhì)通常以復(fù)合物的形式成對(duì)或成組發(fā)揮功能,以承擔(dān)生命所需的種種功能,而許多蛋白質(zhì)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)至今仍然成謎。薛貴榮認(rèn)為,未來還要進(jìn)一步提高人工智能算法的普適性和準(zhǔn)確度,在揭示多個(gè)蛋白質(zhì)之間的相互作用方面作出貢獻(xiàn),幫助人類尋找到精準(zhǔn)的疾病治療新方法。

責(zé)任編輯:吳成玲校對(duì):王梓辰最后修改:
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