AlphaFold 和 RoseTTAFold 等 AI 的橫空出世，可以說打開了蛋白質(zhì)預(yù)測新世界的大門。
而現(xiàn)在，依靠這倆 AI 模型的“組合拳”，科學(xué)家們又有了新的突破：
首次確定了超過 100 種“疑似”全新蛋白質(zhì)復(fù)合體，并為 700 多種此前結(jié)構(gòu)未知蛋白質(zhì)復(fù)合體提供了 3D 結(jié)構(gòu)預(yù)測。
也就是說，現(xiàn)在，AI 現(xiàn)在不僅能預(yù)測蛋白質(zhì)單體，還能成功預(yù)測蛋白質(zhì)之間的相互作用了。
研究人員興奮地表示：
我們的結(jié)果是結(jié)構(gòu)生物學(xué)新時代的一個重大進(jìn)展。
在這個時代，計(jì)算將在結(jié)構(gòu)生物學(xué)中起到根本性的作用。
這項(xiàng)研究來自德州大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心和華盛頓大學(xué)領(lǐng)銜的國際團(tuán)隊(duì)。
論文已經(jīng)發(fā)表在《Science》上。
“結(jié)構(gòu)生物學(xué)新時代的重大進(jìn)展”
我們知道，蛋白質(zhì)通常以復(fù)合物的形式成對或成組地發(fā)揮功能，以完成生物體生存所需的種種任務(wù)。
但現(xiàn)今為止，許多真核生物蛋白質(zhì)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)仍然成謎，其中蛋白質(zhì)之間的相互作用也尚未被識別。
而這篇 Science 論文完成的主要工作，就是將基于深度學(xué)習(xí)的蛋白質(zhì)預(yù)測方法，引入到了蛋白質(zhì)復(fù)合體的研究當(dāng)中。
具體而言，研究人員利用全蛋白質(zhì)組氨基酸協(xié)同進(jìn)化分析和“RoseTTAFold + AlphaFold”的組合，系統(tǒng)地識別和建立了真核生物核心蛋白質(zhì)復(fù)合物的精確模型。
RoseTTAFold 和 AlphaFold 的作用，都是根據(jù)氨基酸序列預(yù)測蛋白質(zhì)的 3D 結(jié)構(gòu)。
有所不同的是，RoseTTAFold 速度更快：采用了 3 軌注意力機(jī)制，分別關(guān)注蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)；再通過在三者之間加上多處連接，使整個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠同時學(xué)習(xí) 3 個維度層次的信息。
此次的論文還提及，RoseTTAFold 團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個雙軌道模型，雖然準(zhǔn)確率有所損失，但在計(jì)算時間上要比 AlphaFold 快 100 倍。
而通過實(shí)驗(yàn)，研究人員認(rèn)為，采用雙軌注意力機(jī)制的 AlphaFold 在預(yù)測蛋白質(zhì)復(fù)合體方面會有更高的準(zhǔn)確率。
因此，在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合了兩者的優(yōu)勢：
首先在酵母菌的基因組中尋找以相互關(guān)聯(lián)的方式獲得突變的基因。
然后，利用上述兩種 AI 技術(shù)確定這些蛋白質(zhì)是否可以組合成 3D 結(jié)構(gòu)。
研究人員最終從酵母菌里篩選出了 830 萬對蛋白質(zhì)，并從中識別出 1505 種可能的蛋白質(zhì)復(fù)合體。
其中 699 個蛋白質(zhì)復(fù)合體的 3D 結(jié)構(gòu)已經(jīng)在此前的實(shí)驗(yàn)中被解析出來。
剩下的 806 個中，有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持的預(yù)測結(jié)果有 700 個，另外 106 種屬于從未被描述過的全新蛋白質(zhì)復(fù)合體。
論文通訊作者之一、現(xiàn)就職于德州大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心的叢倩教授表示：
這項(xiàng)工作為類似的人體蛋白質(zhì)相互作用研究奠定了基礎(chǔ)，最終可能有助于開發(fā)治療人類疾病的新療法。
華人領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)
這項(xiàng)研究由德州大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心助理教授叢倩團(tuán)隊(duì)和華盛頓大學(xué)蛋白設(shè)計(jì)研究所教授 David Baker 團(tuán)隊(duì)聯(lián)合發(fā)表。
論文共同通訊作者叢倩本科畢業(yè)于北京大學(xué)。2017 年-2020 年在華盛頓大學(xué) David Baker 教授門下任博士后。
她也是 RoseTTAFold 的作者之一。
論文另一位通訊作者 David Baker 是美國生物化學(xué)家和計(jì)算生物學(xué)家，現(xiàn)為華盛頓大學(xué)生物化學(xué)教授、華盛頓大學(xué)蛋白質(zhì)研究所貝克實(shí)驗(yàn)室首席研究員。
正是他帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)一手打造了和 AlphaFold2 一起沸騰學(xué)術(shù)圈的 RoseTTAFold。
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