據(jù)英國《自然》雜志16日發(fā)表的一項(xiàng)結(jié)構(gòu)生物學(xué)最新研究，世界著名人工智能團(tuán)隊(duì)深度思維(DeepMind)描述了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)“阿爾法折疊2”能以就計(jì)算機(jī)方法而言前所未有的準(zhǔn)確度，根據(jù)蛋白質(zhì)的氨基酸序列預(yù)測其三維結(jié)構(gòu)。

蛋白質(zhì)折疊問題被認(rèn)為是人類在21世紀(jì)需要解決的重要科學(xué)前沿問題之一。理解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)有助于確定蛋白質(zhì)的功能，了解各種突變的作用。截至目前，約有10萬個(gè)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)已經(jīng)用實(shí)驗(yàn)方法得到了解析，但這在已經(jīng)測序的數(shù)10億計(jì)的蛋白質(zhì)中只占了很小一部分。在50多年的時(shí)間里，研究人員一直嘗試根據(jù)蛋白質(zhì)的氨基酸序列預(yù)測其折疊而成的三維結(jié)構(gòu)。然而，當(dāng)前使用的計(jì)算方法準(zhǔn)確度有限，實(shí)驗(yàn)方法對(duì)人力和時(shí)間的要求也非常高。

此次，深度思維首席科學(xué)家約翰·詹普爾、創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官戴米斯·哈薩比斯及其團(tuán)隊(duì)描述了“阿爾法折疊2”——一個(gè)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的新模型，其預(yù)測的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)能達(dá)到原子水平的準(zhǔn)確度。研究團(tuán)隊(duì)在2020年5月至7月舉辦的第14屆“蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測關(guān)鍵評(píng)估”(CASP14)大賽中驗(yàn)證了這種方法。

CASP14比賽要求參賽團(tuán)隊(duì)根據(jù)蛋白質(zhì)的氨基酸序列解析它們的結(jié)構(gòu)。比賽用的蛋白質(zhì)會(huì)先用實(shí)驗(yàn)方法解析出來，但具體結(jié)果不會(huì)公開。比賽中，“阿爾法折疊2”預(yù)測的大部分結(jié)構(gòu)達(dá)到了空前的準(zhǔn)確度，不僅與實(shí)驗(yàn)方法不相上下，還遠(yuǎn)超解析新蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的其他方法。將實(shí)驗(yàn)方法得到的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)疊加在“阿爾法折疊2”的結(jié)構(gòu)上，組成蛋白質(zhì)主鏈骨架的疊加原子之間的距離中位數(shù)(95%的覆蓋率)為0.96埃(0.096納米)。成績排第二的方法只能達(dá)到2.8埃的準(zhǔn)確度。

“阿爾法折疊2”的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能在幾分鐘內(nèi)預(yù)測出一個(gè)典型蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，還能預(yù)測較大蛋白質(zhì)(比如一個(gè)含有2180個(gè)氨基酸、無同源結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì))的結(jié)構(gòu)。該模型能根據(jù)每個(gè)氨基酸對(duì)其預(yù)測可靠性進(jìn)行精確預(yù)估，方便研究人員使用其預(yù)測結(jié)果。

研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這一精準(zhǔn)的預(yù)測算法可以讓蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)解析技術(shù)跟上基因組革命的發(fā)展步伐。

戴米斯·哈薩比斯在一份聲明中表示，他們將為科學(xué)共同體提供廣泛、免費(fèi)的獲取途徑且已邁出承諾的第一步——在《自然》期刊上分享“阿爾法折疊”的開源代碼，并發(fā)表了系統(tǒng)的完整方法論，以期待看到該方法為科學(xué)界啟發(fā)出其他新的研究方法。(記者 張夢然)

總編輯圈點(diǎn)

我們之所以能說話、會(huì)思考、善學(xué)習(xí)、有情感，與人腦中860億個(gè)神經(jīng)元、幾千億個(gè)神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞、100萬億個(gè)神經(jīng)突觸密切相關(guān)。但人腦的具體工作機(jī)制到底是怎樣的?面紗仍在一步步揭開。這背后，離不開科研人員在腦科學(xué)領(lǐng)域點(diǎn)點(diǎn)滴滴的進(jìn)步與突破。

關(guān)鍵詞： 阿爾法折疊2 蛋白結(jié)構(gòu)近原子水平 結(jié)構(gòu)生物學(xué) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)