| 2023年世界十大科技進(jìn)展新聞 |
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| 人工智能首次成功從零生成原始蛋白質(zhì) |
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人工智能首次成功從零生成原始蛋白質(zhì) 圖片來源：IAN C. HAYDON
2023年1月26日，美國Salesforce Research、Profluent Bio等機(jī)構(gòu)在《自然-生物技術(shù)》上發(fā)表了一項(xiàng)研究成果，該研究創(chuàng)建了一個(gè)能夠從頭開始生成人造酶的人工智能（AI）系統(tǒng)。在實(shí)驗(yàn)室測試中，盡管人工生成的氨基酸序列與任何已知的天然蛋白質(zhì)存在顯著差異，但其中一些酶與自然界中發(fā)現(xiàn)的酶一樣有效。
該實(shí)驗(yàn)表明，雖然自然語言處理是為讀寫語言文本開發(fā)的，但至少可以學(xué)習(xí)一些生物學(xué)的基本原理。Salesforce Research公司開發(fā)的名為ProGen的AI程序，能夠使用下一代標(biāo)記預(yù)測將氨基酸序列組裝成人造蛋白質(zhì)。
為了創(chuàng)建這個(gè)模型，科學(xué)家只需將2.8億種不同蛋白質(zhì)的氨基酸序列輸入機(jī)器學(xué)習(xí)模型，并讓它在幾周內(nèi)消化信息。然后，他們使用來自5個(gè)溶菌酶家族的5.6萬個(gè)序列，以及有關(guān)這些蛋白質(zhì)的上下文信息對模型進(jìn)行微調(diào)。
該模型迅速生成了100萬個(gè)序列。研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)它們與天然蛋白質(zhì)序列的相似程度，以及AI蛋白質(zhì)的潛在氨基酸“語法”和“語義”的自然程度，選擇了100個(gè)序列進(jìn)行測試。
在第一批由Tierra生物科學(xué)公司體外篩選的100種蛋白質(zhì)中，該團(tuán)隊(duì)制作了5種人工蛋白質(zhì)用于細(xì)胞測試，并將其活性與雞蛋清中發(fā)現(xiàn)的一種酶——雞蛋清溶菌酶進(jìn)行了比較。在人類的眼淚、唾液和牛奶中也發(fā)現(xiàn)了類似的溶菌酶，它們可以抵御細(xì)菌和真菌。其中，兩種人工酶能夠分解細(xì)菌的細(xì)胞壁，其活性與雞蛋清溶菌酶相當(dāng)。但它們的序列只有約18%相同，這兩個(gè)序列與任何已知蛋白質(zhì)的相似性分別為90%和70%。
AI甚至能夠通過研究原始序列數(shù)據(jù)了解酶如何形成。X射線晶體學(xué)測量顯示，人造蛋白質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)看起來和它們應(yīng)該有的樣子一樣，盡管這些序列是前所未有的。
科學(xué)家表示，這項(xiàng)新技術(shù)可能比獲得諾貝爾獎(jiǎng)的“蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)技術(shù)——定向進(jìn)化”更為強(qiáng)大，它將加速新蛋白質(zhì)的開發(fā)，為已有50年歷史的蛋白質(zhì)工程領(lǐng)域注入活力。這些新蛋白質(zhì)幾乎可以用于從疾病治療到降解塑料的任何領(lǐng)域。■
《科學(xué)新聞》 (科學(xué)新聞2024年2月刊 封面)