人工智能預測蛋白質結構(新知)

近日,人工智能企業上海天壤智能科技有限公司宣佈,其自主研發的深度學習蛋白質摺疊預測平臺在國際蛋白質結構預測競賽蛋白質測試集的評估中獲得優異成績,位居全球同類型團隊前列。在400個氨基酸的蛋白鏈預測時,該預測平臺僅耗時16秒。

科學家說,蛋白質是細胞中的主要功能分子,在細胞中發揮多種多樣的功能。比如,作爲酶發揮催化作用,參與生物體內新陳代謝的調劑作用,運輸代謝物質,用於細胞骨架的形成,以及參與免疫、細胞分化、細胞凋亡等過程。作爲構成生命的基本元件,破解蛋白質的功能是揭開各種生命現象金鑰匙

據天壤創始人薛貴榮博士介紹,爲了行使特定功能,蛋白質必須摺疊成特定的結構,只有少數蛋白質處於天然無摺疊狀態但仍具有功能。蛋白質的三維結構也直接決定蛋白質的功能,一旦三維結構被破壞,蛋白質功能隨之喪失。許多疾病都是由體內重要的蛋白質結構異常引起。因此,研究蛋白質結構有助於瞭解蛋白質的功能和作用,從而帶來醫療保健食品可持續性、創新生物技術等方面的改善,推進生命科學、藥物研發、合成生物學方面的發展

在生命科學領域觀測解析蛋白質結構一直是個令人着迷的話題,吸引着衆多科學家攻堅,但也面臨着難度大、成本高進展有限的局面傳統觀測蛋白質結構的方法主要有三種:核磁共振、X射線冷凍電鏡。這些方法依賴大量試錯以及昂貴的設備,每種結構的研究往往長達數年。現有的實驗手段也還不足以揭示一些重要的蛋白結構,需要藉助更多生物信息技術、計算生物學手段去探索。但使用普通計算機軟件來計算蛋白質結構,運算量相當驚人,連超級計算機也難以承受。爲此,蛋白質結構預測成爲結構生物學的重要分支,研究人員通過開發相關的人工智能算法,根據氨基酸序列來預測蛋白質的空間結構

“從人工智能戰勝圍棋世界冠軍,到城市交通調度,人工智能在解決複雜系統問題中顯示出了驚人的智能決策能力,而蛋白質結構預測雖然是生物學課題,同時也屬於複雜場景的問題,可以體現人工智能在基礎科學研究中的巨大潛能,我們不願意錯過這道風景。”薛貴榮說,像這種全方位的創新項目非常珍貴,它覆蓋了交叉學科的創新、行業的創新、基礎科學的創新、人工智能算法和工程能力的創新。

近期的這些進展表明,將人工智能應用於蛋白質結構領域,通過預測的方式破解傳統觀測方法所不能解析的一些結構,且可信度比較高,十分接近事實。這種人工智能的結構預測算法,有望成爲科學家的利器,加速生命科學領域的研究發展。

目前,單個蛋白質摺疊預測只是一個起點,蛋白質通常以複合物形式成對或成組發揮功能,以承擔生命所需的種種功能,而許多蛋白質複合物的結構至今仍然成謎。薛貴榮認爲,未來還要進一步提高人工智能算法的普適性準確度,在揭示多個蛋白質之間的相互作用方面作出貢獻,幫助人類尋找到精準的疾病治療新方法。