制造蛋白質(zhì),人類已經(jīng)輸了
文/陳根
沒有蛋白質(zhì)就沒有生命,這是一點(diǎn)沒說錯,任何生命活動都離不開蛋白質(zhì),有些蛋白質(zhì)能逆轉(zhuǎn)罕見疾病,有些蛋白質(zhì)可以修復(fù)受損心臟組織,還有一些蛋白質(zhì)可以治療癌癥。所以在生物醫(yī)藥方面,一直以來,科學(xué)家都想通過改造蛋白質(zhì)或制造蛋白質(zhì)來實(shí)現(xiàn)一些疾病的治療。
但顯然,這并不是一件容易的事,因為蛋白質(zhì)是由氨基酸按一定順序結(jié)合形成的多肽鏈,它們以無數(shù)方式折疊成各種獨(dú)特的三維形狀,蛋白質(zhì)的三維形狀決定其在人體內(nèi)的功能。一個只有100個氨基酸的蛋白質(zhì),已經(jīng)是一個非常小的蛋白質(zhì)了,但就是這么小的蛋白質(zhì),可以產(chǎn)生的可能形狀的種類依然是一個天文數(shù)字,這就讓改造或者制造蛋白質(zhì)變得非常非常困難。
不過,自從人工智能加入之后,人類改造蛋白質(zhì)的速度已經(jīng)明顯加快。在改造蛋白質(zhì)方面,人類科學(xué)家可能耗費(fèi) 6-12 個月才能完成的任務(wù),人工智能只需要幾周時間,且無需人類干預(yù)、反饋或主觀判斷。
最近,威斯康星大學(xué)麥迪遜分校(University of Wisconsin–Madison)的研究團(tuán)隊就研發(fā)出了一個能對蛋白質(zhì)進(jìn)行工程改造的、由 AI 驅(qū)動的全自動機(jī)器人——SAMPLE。
SAMPLE可以學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)序列與功能之間的關(guān)系,設(shè)計新的蛋白質(zhì),并將這些蛋白質(zhì)發(fā)送到一個完全自動化的機(jī)器人系統(tǒng)中,該系統(tǒng)實(shí)驗性地測試所設(shè)計的蛋白質(zhì),并提供反饋,從而提高 AI 智能體對系統(tǒng)的理解。
為了測試這個系統(tǒng),研究人員使用 4 個 SAMPLE 智能體分別改造出了耐熱性更好的糖苷水解酶。結(jié)果顯示,每個 SAMPLE 智能體最終都能發(fā)現(xiàn)熱穩(wěn)定性更好的酶,比最初的起始序列至少穩(wěn)定 12°C。
研究團(tuán)隊表示,SAMPLE 是一個通用的蛋白質(zhì)工程平臺,可廣泛應(yīng)用于生物工程和合成生物學(xué)領(lǐng)域。盡管目前研究人員只是展示了這個系統(tǒng)在熱穩(wěn)定性工程中的表現(xiàn),但同樣的方法也可用于改造酶的活性、特異性,甚至創(chuàng)造自然界中未曾有過的化學(xué)反應(yīng)。
從研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),到改造蛋白質(zhì),再到創(chuàng)造蛋白質(zhì),人工智能已經(jīng)完全改變了我們?nèi)绾卫斫馍\(yùn)作的方式,也大大加快了我們對生命和疾病研究。這也讓人類看到人工智能無限的潛力,比如開發(fā)能夠用于各種疾病的新的藥物和治療方法,設(shè)計或改造未來能夠抵抗氣候變化的農(nóng)作物,創(chuàng)造能夠消化塑料的酵素等等。
在這樣的基礎(chǔ)上,如果我們再把人工智能和量子計算結(jié)合,我們?nèi)祟惥蛯⒄嬲叱鲋扑幍拿造F,創(chuàng)造出我們想創(chuàng)造的一切生物化合物。
原文標(biāo)題 : 陳根:制造蛋白質(zhì),人類已經(jīng)輸了
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