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DeepMind人工智能加快了确定蛋白质结构的时间

  

  

  蛋白质的形状直接关系到它的功能,是药物发现的关键组成部分,可能需要数年的实验才能弄清楚。11月30日星期一,加州大学戴维斯分校的蛋白质结构预测中心宣布,DeepMind人工智能实验室及其AlphaFold程序加快了确定蛋白质形状的时间,比传统方法的完成时间缩短了一小部分。

  AlphaFold程序使用神经网络进行深度学习,识别全球数据库中发现的蛋白质序列和结构的模式。随着时间的推移,该程序可以在几分钟内识别出蛋白质的结构。传统上,研究人员会使用x射线晶体学或低温电子显微镜等技术来可视化蛋白质。这是一个耗时的过程,可能需要数年时间才能完成,甚至需要一个人的整个职业生涯。

  总部位于伦敦、隶属于谷歌母公司的DeepMind参加了由蛋白质结构预测中心主办的第14届两年一度的蛋白质结构预测关键评估(CASP)竞赛。研究小组需要几个月的时间才能完成大约100个完整或部分蛋白质的结构,一次只研究几个。

  据《自然》杂志报道,今年大约有一半的团队使用了深度学习,并从AlphaFold上次的CASP展示中吸取了经验,但DeepMind能够通过改进方法、考虑蛋白质折叠的空间限制、关注蛋白质的整体序列(而不仅仅是单个氨基酸的可能位置)而脱颖而出。

  为了参加比赛,实验室竞相计算出蛋白质的三维结构,组织者已经通过实验验证了这些结构,但还没有发表在参与者能够访问的任何地方。分数是根据准确度给出的,满分为100分。据主办方介绍,90分是达到实验值的门槛。

  据《科学》杂志报道,在1994年的首届赛事中,平均得分约为20分,到2016年才增长到40分。当DeepMind在2018年首次亮相时,它以60岁的成绩让竞争对手相形见绌。在今年的展示中,它的总得分中位数为92.4分,在最具挑战性的蛋白质上,它的得分为87分,比竞争对手高出整整25分。

  “大多数原子(来自DeepMind的结果)都在实验结构中一个原子直径的范围内,”马里兰大学教授约翰·莫特(John Moult)告诉《纽约时报》,他是该比赛的联合创始人。“对于那些不是这样的,还有其他可能的解释。”

  “这将改变医学。它将改变研究。它将改变生物工程。它将改变一切,”德国马克斯普朗克发育生物学研究所的进化生物学家安德烈·卢帕斯(Andrei Lupas)帮助评判了这场比赛,他告诉《自然》杂志,并补充说,AlphaFold只花了30分钟就产生了他的实验室10年来一直试图弄清楚的蛋白质结构。

  “我一直希望能活着看到这一天,”莫尔特在接受《泰晤士报》采访时谈到了一台得分超过90分的电脑。“但我并不总是很明显能成功。”

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