12月18日發(fā)表在《自然》雜志上的一項(xiàng)新研究報(bào)告了人工智能驅(qū)動(dòng)的生物技術(shù)進(jìn)步，對(duì)藥物開發(fā)、疾病檢測(cè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)具有重要意義。華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)研究所的科學(xué)家們使用軟件來創(chuàng)建蛋白質(zhì)分子，這些蛋白質(zhì)分子與各種具有挑戰(zhàn)性的生物標(biāo)志物(包括人類激素)具有極高的親和力和特異性。值得注意的是，科學(xué)家們?cè)谟?jì)算機(jī)生成的生物分子與其目標(biāo)之間實(shí)現(xiàn)了有史以來最高的相互作用強(qiáng)度。
資深作者、華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)教授、霍華德-休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員、2023 年生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)知識(shí)前沿獎(jiǎng)獲得者David Baker強(qiáng)調(diào)了這一研究的潛在影響： "生成具有如此高結(jié)合親和力和特異性的新型蛋白質(zhì)的能力開辟了一個(gè)充滿可能性的世界，從新的疾病治療到先進(jìn)的診斷"。
這個(gè)由Baker實(shí)驗(yàn)室成員Susana Vazquez-Torres、Preetham Venkatesh和Phil Leung領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，開始創(chuàng)造可以結(jié)合胰高血糖素、神經(jīng)肽Y、甲狀旁腺激素和其他螺旋肽目標(biāo)的蛋白質(zhì)。這類分子在生物系統(tǒng)中至關(guān)重要，由于它們通常缺乏穩(wěn)定的分子結(jié)構(gòu)，因此藥物和診斷工具尤其難以識(shí)別?？贵w可用于檢測(cè)其中一些醫(yī)學(xué)上相關(guān)的目標(biāo)，但通常生產(chǎn)成本高且保質(zhì)期有限。
“今天有許多疾病難以治療，僅僅是因?yàn)闄z測(cè)體內(nèi)的某些分子非常具有挑戰(zhàn)性。作為診斷工具，設(shè)計(jì)的蛋白質(zhì)可能提供比抗體更具成本效益的替代品，”Venkatesh解釋說。
這項(xiàng)研究引入了一種新的蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)方法，該方法使用了先進(jìn)的深度學(xué)習(xí)方法。研究人員提出了一種使用射頻擴(kuò)散的新方法，這是一種用于創(chuàng)建新蛋白質(zhì)形狀的生成模型，與序列設(shè)計(jì)工具ProteinMPNN結(jié)合使用。這些程序由Baker實(shí)驗(yàn)室開發(fā)，使科學(xué)家能夠比以往更有效地創(chuàng)造功能性蛋白質(zhì)。通過以新的方式結(jié)合這些工具，研究小組利用有限的目標(biāo)信息(如肽的氨基酸序列)生成了結(jié)合蛋白。這種“量身打造”方法的廣泛影響表明，人工智能生成的蛋白質(zhì)可用于檢測(cè)與人類健康和環(huán)境相關(guān)的復(fù)雜分子，這標(biāo)志著生物技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代。
“我們正在見證一個(gè)令人興奮的蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)時(shí)代，先進(jìn)的人工智能工具，比如我們研究中的工具，正在加速蛋白質(zhì)活性的提高。這一突破將重新定義生物技術(shù)的前景”。
該團(tuán)隊(duì)與哥本哈根大學(xué)等實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室合作，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，驗(yàn)證他們的生物設(shè)計(jì)方法。質(zhì)譜法用于檢測(cè)與人類血清中低濃度肽結(jié)合的設(shè)計(jì)蛋白，從而證明了敏感和準(zhǔn)確疾病診斷的潛力。此外，即使在高溫等惡劣條件下，蛋白質(zhì)也能保持其目標(biāo)結(jié)合能力，這是現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的關(guān)鍵屬性。為了進(jìn)一步展示該方法的潛力，研究人員將高親和力甲狀旁腺激素結(jié)合劑整合到生物傳感器系統(tǒng)中，并在含有目標(biāo)激素的樣品中實(shí)現(xiàn)了21倍的生物發(fā)光信號(hào)增加。這種與診斷設(shè)備的整合凸顯了人工智能生成的蛋白質(zhì)的直接實(shí)際應(yīng)用。
這一研究成果展示了生物技術(shù)和人工智能的融合，開創(chuàng)了這兩個(gè)領(lǐng)域的新先例，發(fā)表在《自然》雜志上。
（文章來源：www.ebiotrade.com/newsf/2023-12）
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