中國的科學(xué)家表示，他們已經(jīng)實現(xiàn)了一件“不可能的事情”:開發(fā)出一種可以預(yù)測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的人工智能。這是一項非常復(fù)雜的任務(wù)，許多生物學(xué)家，包括“女神科學(xué)家”顏寧都認為，這超出了機器學(xué)習(xí)的能力。

由西湖大學(xué)工程學(xué)院李子青教授領(lǐng)導(dǎo)的研究人員表示，這一突破可以加快臨床前藥物開發(fā)的過程。

蛋白質(zhì)分子是人體的基本構(gòu)件，由氨基酸長鏈組成。鏈的三維結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致蛋白質(zhì)發(fā)生可逆變化，具體取決于所需的生物功能，這些替代結(jié)構(gòu)被稱為構(gòu)象。

結(jié)構(gòu)生物學(xué)家顏寧上個月從普林斯頓大學(xué)辭職回國，她回國后首次公開露面，引發(fā)了關(guān)于人工智能在該領(lǐng)域局限性的辯論。

在南方科技大學(xué)舉辦的一個論壇上，顏教授強調(diào)了該技術(shù)在理解蛋白質(zhì)構(gòu)象方面的局限性，蛋白質(zhì)構(gòu)象是藥物開發(fā)中的一個重要而困難的方面。

但是根據(jù)李子青教授和他團隊的說法，他們的人工智能模型ProtMD克服了這個問題，可以準確預(yù)測蛋白質(zhì)在不同的生理環(huán)境中會形成哪些構(gòu)象?！凹词故荄eepMind開發(fā)的最強大的AlphaFold2也只能預(yù)測蛋白質(zhì)瞬間的靜態(tài)結(jié)構(gòu)。在我們之前，沒有人能夠預(yù)測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化?！?/p>

據(jù)悉，DeepMind研發(fā)的人工智能方法AlphaFold2可以準確預(yù)測蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)，但是目前只能預(yù)測蛋白質(zhì)在一個瞬間的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，并未解決蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)動態(tài)變化的預(yù)測。

ProtMD的算法可以計算蛋白質(zhì)在原子水平上的運動，生成基于分子動力學(xué)的數(shù)據(jù)。研究人員表示，由于其不同的計算邏輯，ProtMD比其他方法(包括AlphaFold)更通用，但對于未知結(jié)構(gòu)對，其性能水平是相同的。

李教授說“該模型不僅可以根據(jù)蛋白質(zhì)之前的狀態(tài)預(yù)測其即將發(fā)生的構(gòu)象，還可以預(yù)測與藥物分子相互作用后的構(gòu)象變化，從而使我們有機會評估藥物的效果?！?/p>

在漫長的臨床試驗過程之前，能夠更準確地預(yù)測藥物蛋白親和力將為制藥開發(fā)商節(jié)省一些最大的成本，并在新藥設(shè)計中體現(xiàn)人工智能的有效性。

不過，盡管傳統(tǒng)的計算機模擬加速了發(fā)現(xiàn)階段，但它們無法進行快速虛擬篩選，因此無法準確預(yù)測類藥物分子如何與靶蛋白相互作用。計算生物學(xué)家和結(jié)構(gòu)生物學(xué)家都做了很多嘗試來解決這個問題，但都受到了受體適應(yīng)小分子改變的高度動態(tài)和時間依賴性阻礙。

李說：“這項研究是使用人工智能方法分析蛋白質(zhì)動態(tài)構(gòu)象的第一步。ProtMD的輕量級版本已經(jīng)超過了最先進的模型，其工業(yè)級版本可以進一步提高藥物親和力預(yù)測和虛擬篩選的效率?！?/p>

AI藥物開發(fā)公司德睿智藥的首席執(zhí)行官牛張明表示，ProtMD為圍繞“蛋白質(zhì)開發(fā)機器學(xué)習(xí)模型”提供了一個新的方向?！斑@種方法在基本原理和過程上取得了突破，是同類方法中預(yù)測精度最高的”。