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據(jù)科學(xué)家報(bào)道，一個長期存在且極其復(fù)雜的關(guān)于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和行為的科學(xué)問題已經(jīng)被一種新的人工智能系統(tǒng)有效地解決了。多年來，總部位于英國的人工智能公司DeepMind的一系列不斷進(jìn)步的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一直令我們贊嘆不已，這些神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在國際象棋和圍棋等復(fù)雜游戲中不斷擊敗人類。然而，所有這些漸進(jìn)式的進(jìn)步都不僅僅是關(guān)于掌握娛樂消遣。在此背景下，DeepMind的研究人員試圖引導(dǎo)他們的人工智能解決更為重要的科學(xué)難題——比如，通過預(yù)測人類生物學(xué)極其微小但至關(guān)重要的方面，找到對抗疾病的新方法。如今，借助最新版本的AlphaFold人工智能引擎，他們似乎真的實(shí)現(xiàn)了這個雄心勃勃的目標(biāo)。50年來，研究人員一直在努力預(yù)測蛋白質(zhì)是如何實(shí)現(xiàn)它們的三維結(jié)構(gòu)的，但這并不是一個容易解決的問題。事實(shí)上，所有可能的分子結(jié)構(gòu)的數(shù)量大得令人難以置信，研究人員推測，要對所有可能的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行采樣，需要比宇宙年齡更長的時間。盡管如此，如果我們能夠解決這個被稱為蛋白質(zhì)折疊問題的謎題，這將是科學(xué)上的巨大突破，極大地加速藥物發(fā)現(xiàn)和疾病建模等方面的研究，并延伸出遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出健康領(lǐng)域的新應(yīng)用。出于這個原因，盡管極具挑戰(zhàn)，但研究人員一直在合作，在開發(fā)蛋白質(zhì)折疊問題的解決方案方面取得進(jìn)展。20世紀(jì)90年代開始了一項(xiàng)名為CASP（蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測的關(guān)鍵評估）的嚴(yán)格實(shí)驗(yàn)，挑戰(zhàn)著科學(xué)家們設(shè)計(jì)出能夠預(yù)測蛋白質(zhì)折疊奧秘的系統(tǒng)。如今，CASP實(shí)驗(yàn)已經(jīng)運(yùn)行了30年，似乎已經(jīng)產(chǎn)生了迄今為止最有希望的解決方案，DeepMind的AlphaFold以前所未有的準(zhǔn)確性對3D蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了預(yù)測。來自馬里蘭大學(xué)的CASP聯(lián)合創(chuàng)始人約翰·穆爾特說：“近50年來，我們一直困在這個問題上——蛋白質(zhì)如何折疊?！薄翱吹紻eepMind為這個問題找到解決方案，這是一個非常特殊的時刻。我個人在這個問題上花了這么長時間，在經(jīng)歷了那么多的停歇之后，開始思考我們是否能實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)?！?/section>在實(shí)驗(yàn)中，DeepMind為AlphaFold使用了一種新的深度學(xué)習(xí)架構(gòu)，該架構(gòu)能夠解釋和計(jì)算3D蛋白質(zhì)的“空間圖”，預(yù)測支撐其折疊結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)通過分析包含約17萬個蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訓(xùn)練，將其獨(dú)特的技能組合用于今年的CASP挑戰(zhàn)，其預(yù)測的全球距離測試的中位數(shù)得分為92.4 GDT。這超過了90 GDT的臨界值，一般認(rèn)為這與通過實(shí)驗(yàn)方法得到的相同結(jié)果具有競爭力。DeepMind表示，它的預(yù)測平均只差1.6埃（大約一個原子的寬度）。“當(dāng)我看到這些結(jié)果時，我?guī)缀鯊囊巫由纤は聛?，”歐洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的基因組學(xué)研究員伊萬·伯尼說?！拔抑繡ASP有多嚴(yán)格——它基本上確保了計(jì)算模型必須執(zhí)行具有挑戰(zhàn)性的從頭開始的蛋白質(zhì)折疊任務(wù)。看到這些模型能如此準(zhǔn)確地做到這一點(diǎn)，我感到很驚訝。有很多方面需要理解，但這是科學(xué)的巨大進(jìn)步。”熟悉該領(lǐng)域的專家們已經(jīng)承認(rèn)并贊揚(yáng)了這一突破，盡管完整的報(bào)告和詳細(xì)的結(jié)果還有待觀察。英國皇家學(xué)會主席、結(jié)構(gòu)生物學(xué)家羅摩克里希納說：“這個計(jì)算工作代表了在蛋白質(zhì)折疊問題上令人震驚的進(jìn)步，這是一個有50年歷史的生物學(xué)大挑戰(zhàn)。”它發(fā)生的時間比該領(lǐng)域的許多人所預(yù)測的要早幾十年。
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