新型蛋白質(zhì)改造方法成功開發(fā)
222科技日?qǐng)?bào)訊 （記者陸成寬）記者8月11日從中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所獲悉，該所科研人員聯(lián)合其他單位的科研人員，成功開發(fā)了一種基于人工智能（AI）的新型蛋白質(zhì)改造方法。該方法巧妙地利用了現(xiàn)有通用蛋白質(zhì)逆折疊AI模型，無需訓(xùn)練專屬AI模型，即可實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)高效進(jìn)化模擬和功能設(shè)計(jì)。相關(guān)研究成果日前在線發(fā)表于《細(xì)胞》。
蛋白質(zhì)改造就像給生物分子做“改裝”，通過調(diào)整氨基酸順序改變蛋白質(zhì)性能。相較于基因改造，蛋白質(zhì)改造更為直接高效，能夠快速獲得自然界歷經(jīng)百萬年進(jìn)化才可能產(chǎn)生的特性。
然而，現(xiàn)有的蛋白質(zhì)改造技術(shù)存在明顯短板：傳統(tǒng)方法高度依賴專家經(jīng)驗(yàn)，耗時(shí)長、成本高；而新興的AI預(yù)測技術(shù)需要為每種蛋白質(zhì)單獨(dú)訓(xùn)練專用模型，不僅通用性差，還特別消耗計(jì)算資源。“面對(duì)這些挑戰(zhàn)，我們急需找到一種更‘聰明’的辦法，開發(fā)出通用性強(qiáng)、效率高且不依賴昂貴算力的新型AI解決方案?！闭撐耐ㄓ嵶髡摺⒅袊茖W(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員高彩霞說。
現(xiàn)有通用蛋白質(zhì)逆折疊AI模型，可根據(jù)給定的三維結(jié)構(gòu)，預(yù)測蛋白質(zhì)可能的氨基酸排列?；诂F(xiàn)有通用蛋白質(zhì)逆折疊模型，科研人員開發(fā)了AiCEsingle模塊，推出了一種新型蛋白質(zhì)改造方法。
測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，新方法的預(yù)測準(zhǔn)確率達(dá)16%，性能比其他常見AI模型提升36%—90%。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證環(huán)節(jié)，科研人員用新方法成功改造了8種功能各異的蛋白質(zhì)，包括基因編輯關(guān)鍵工具脫氨酶等。
高彩霞表示，這個(gè)智能蛋白質(zhì)改造新方法，相比傳統(tǒng)手段效率更高、適用性更廣、擴(kuò)展性更強(qiáng)。它代表著生命科學(xué)領(lǐng)域的重要趨勢，即用計(jì)算模擬部分替代實(shí)驗(yàn)室操作。特別值得一提的是，新方法大幅降低了AI技術(shù)的使用門檻，普通實(shí)驗(yàn)室無需配備昂貴算力就能享受智能預(yù)測的便利，讓更多科學(xué)家受益。
