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新华社斯德哥尔摩，10月9日，流行科学|人工智能有助于破解蛋白质的神奇结构守则——对2024年诺贝尔化学奖的成就的解释

新华社记者Guo Shuang

几十年前，预测蛋白质的三维结构并为人类使用设计全新的蛋白质被认为是一个不可能的梦想。

诺贝尔化学委员会法官祖西东（Zou Xiaodong）在9日接受采访时说：“三十年前，如果可以使用实验设备分析蛋白质结构，他可以发表博士学位论文，因为这非常困难。”得益于今年的诺贝尔化学奖，人们现在可以设计蛋白质并通过人工智能预测蛋白质的三维结构。 “这是一场非常大的革命。”

一个曾经未实现的梦想

蛋白质是维持生命的重要大分子。 They are the cornerstones of tissues such as bones, skin, hair, etc. the motor that drives muscles, the "machine" that reads, replicates and repairs DNA, the "pump" that allows neurons in the brain to operate at any time, the antibodies that promote the body's immune response, the sensor for cells to transmit information to the outside world, and the hormone that regulates all cells in the human body.

蛋白质通常由20种不同的氨基酸组成。在蛋白质中，将氨基酸连接在一起，并折叠以形成独特的三维结构，这对于蛋白质的功能至关重要。要了解生活的工作原理，您首先需要了解蛋白质的形状和结构。

自19世纪以来，化学家就了解蛋白质对生命过程的重要性。但是直到1950年代，随着研究工具的准确性的提高，研究人员开始使用仪器来分析蛋白质的三维结构。到1970年代，研究人员已经意识到，确定蛋白质折叠的相关信息构成了蛋白质的氨基酸序列中。从那时起，研究人员一直梦想着试图根据已知的氨基酸序列来预测蛋白质的三维结构，但这是非常困难的，甚至曾经被认为是不可能实现的。

“ Alpha GO”设计师解决了蛋白质结构的奥秘

但是，就在4年前，发生了一个惊人的突破。 2020年，Google“深思熟虑”公司的Demis Hassabis和John Jiangper提出了一种称为“ Alpha Folding 2”的人工智能模型。

哈萨比斯（Hassabis）是英国的神经科医生和企业家，深思熟虑公司的联合创始人兼首席执行官。他从4岁开始下棋，并于2009年获得了英国伦敦大学学院的认知神经科学博士学位。他还领导了“深思熟虑”公司的“ Alpha GO”计划的发展，该公司在复杂的GO游戏中击败了世界冠军和韩国Go Go Player。

Jiang Po是“深思熟虑”公司的高级研究科学家。他获得了博士学位在早期芝加哥大学的理论化学中，他的研究方向使用机器学*来模拟蛋白质折叠。 2021年，《自然》杂志将他列为年度“十大科学人物”之一。

Alpha Fold 2模型曾经赢得了“蛋白质结构预测的批判性评估”竞争，称为“奥运会”在生物计算领域中，并成为第一个可以准确预测蛋白质三维结构的机器学*模型。

“ Alpha Fold 2”模型成功地解决了科学家数十年来一直在考虑的问题——预测了氨基酸序列的蛋白质结构，氨基酸序列可以预测几乎所有已知的2亿蛋白质的结构。

自成立以来，“ Alpha Fold 2”已用于大规模的科学应用中，例如使用它来处理抗生素耐药性并为疟疾等疾病寻找新疗法。 “ alpha fold 2”*缩短了人为确定蛋白质结构的时间，并证明了人工智能对科学发现的影响。此外，这项研究将帮助人们更好地理解该疾病并加速新的靶向药物。到今年10月，来自大约190个国家/地区的200万人使用了Alpha Fold 2计划。

设计新蛋白质以打开无尽的可能性

自然界中蛋白质的类型有限，研究人员希望创建新型的蛋白质，以执行功能，例如分解有害物质或作为化学制造工具。自1990年代后期以来，该领域就出现了，西雅图华盛顿大学的教授戴维·贝克（David Baker）在这一领域取得了突破。他开发的称为Rosetta的软件成功地构建了一种不自然存在的全新蛋白质。

贝克的研究团队首先提出了一种全新的蛋白质结构，然后使用罗塞塔来计算哪种氨基酸序列可以产生所需的蛋白质。为了验证软件的成功率，贝克团队将软件氨基酸序列基因引入了产生所需蛋白质的细菌。然后，他们使用X射线晶体学来确认蛋白质结构几乎完全符合其设计。结果于2003年发布。

从那以后，他的研究团队不断创建一种新的功能蛋白，可用于生出新的纳米材料，有针对性的药物，疫苗开发，微传感器和更环保的化学工业，从而为实现人类健康而开放了无限的可能性。

贝克在那天的一次电话采访中说，他获得了这一荣誉，因为他站在巨人的肩膀上。蛋白质结构的预测确实突出了人工智能的力量，使人们能够将人工智能方法应用于蛋白质设计，从而*提高了设计能力和准确性。