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媲美AlphaFold2的蛋白质结构预测工具问世,十分钟出结果

作者:吴婷婷 编辑:王新凯

如今,人工智能已经深入到人们生活的方方面面,各种深度学习算法越来越多地应用于各个领域。尤其是在生物学和医学领域,人工智能技术可谓大放异彩,极大地加速了生物学和病理学相关科学的发展,其重要应用之一就是预测蛋白质结构。

蛋白质作为构成人体组织器官的支架和主要物质,在人体生命活动中发挥着重要作用。2020年,DeepMind在第14届“蛋白质结构预测批判性评估”(CASP14)竞赛中展示了重磅成果AlphaFold2。当时,这项技术在预测蛋白质结构方面的准确率排名第一。

现在,位于西雅图的华盛顿大学医学院蛋白质设计研究所的研究人员开发了一种新的深度学习工具RoseTTAFold,它不仅具有媲美AlphaFold2的蛋白质结构预测的超高精度,而且速度更快并且需要更少的计算机处理能力。,更重要的是,RoseTTAFold 是完全免费的!

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相关论文发表在最新一期的《科学》杂志上。

AlphaFold2:著名的“前波”

蛋白质是一切生命的物质基础。它由无数的氨基酸链,以特定的方式折叠组合成复杂的微观形状。这些独特的结构反过来会触发生物体内几乎所有的化学过程。因此,通过更好地了解蛋白质的内部结构,科学家可以加快开发治疗癌症、COVID-19 和数以千计其他健康疾病的新疗法。

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图 | 蛋白质 3D 结构(来源:Nat Commun)

《科学》杂志曾指出,蛋白质折叠问题是21世纪人类需要解决的125个科学前沿问题之一。通过蛋白质结构预测破译“第二遗传密码”是生物学中心法则的未解之谜之一,也是结构生物学面临的具有挑战性的重大基础研究课题。

然而,确定蛋白质的 3D 结构一直是一个挑战。在过去的几十年里,人类已经能够利用冷冻电子显微镜、核磁共振或 X 射线晶体学等实验技术确定蛋白质的基本结构,但这些技术都是基于大量的反复试验,往往需要数年时间,而且非常昂贵。高的。

近年来,随着人工智能技术的不断发展预测工具,预测蛋白质结构的AI工具也越来越成熟。其中性能最强、准确率最高的是DeepMind在去年CASP14蛋白质结构预测评估大会上展示的AlphaFold2。在去年的比赛中,AlphaFold2 以前所未有的准确度预测了大多数结构,与实验方法获得的结果相匹配,远远超过了解决新蛋白质结构的其他方法。

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图 | AlphaFold2预测的蛋白质结构与实验结果几乎一致。(来源:DeepMind)

AlphaFold2的高性能引起了全世界的关注,但人们也开始思考一个问题:除了全球领先的深度学习公司DeepMind之外预测工具,其他机构或科研机构开发的系统能否达到这种精度?研究团队?

RoseTTAFold:开放自由的“后浪”

现在,一个确定的答案出现了。

在这项新研究中,华盛顿大学医学院生物化学教授兼蛋白质设计研究所所长 David Baker 带领计算生物学家团队成功开发了一种名为 RoseTTAFold 的工具,该工具基于深度学习,可以有限的信息快速准确地预测目标蛋白的结构,达到了媲美AlphaFold2的精度。

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