英國(guó)《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”（AlphaFold2），就計(jì)算機(jī)方法而言，“阿爾法折疊2”能以前所未有的準(zhǔn)確度根據(jù)蛋白質(zhì)的氨基酸序列預(yù)測(cè)其三維結(jié)構(gòu)。

　　蛋白質(zhì)折疊問(wèn)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(wèn)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(wàn)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(cè)序的數(shù)10億計(jì)蛋白質(zhì)中只占了很小一部分。在過(guò)去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(cè)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(cè)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(cè)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(lái)，但具體結(jié)果不會(huì)公開(kāi)。比賽中，“阿爾法折疊2”預(yù)測(cè)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(jī)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(cè)出一個(gè)典型蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，還能預(yù)測(cè)較大蛋白質(zhì)（比如一個(gè)含有2180個(gè)氨基酸、無(wú)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(cè)可靠性進(jìn)行精確預(yù)估，方便研究人員使用其預(yù)測(cè)結(jié)果。

　　研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這一精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)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·哈薩比斯則在一份聲明中表示：在CASP14大會(huì)上，他們揭曉了一個(gè)可以將蛋白質(zhì)3D結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)精確到原子水平的全新“阿爾法折疊”系統(tǒng)，他們承諾會(huì)分享該方法，并為科學(xué)共同體提供廣泛、免費(fèi)的獲取途徑。而今他們邁出了承諾的第一步——在《自然》期刊上分享“阿爾法折疊”的開(kāi)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。

　　“阿爾法折疊”第一代的問(wèn)世，被認(rèn)為改變了結(jié)構(gòu)生物學(xué)和蛋白質(zhì)研究的未來(lái)：實(shí)驗(yàn)學(xué)家將能使用精確結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)來(lái)理解不透明的低溫電磁數(shù)據(jù)；藥物設(shè)計(jì)者也可借此迅速厘清新冠病毒等危險(xiǎn)病原體中每種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，從而更快研發(fā)出相關(guān)藥物。