点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:他们用AI破译蛋白质结构“密码”
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

他们用AI破译蛋白质结构“密码”

来源:科技日报2024-10-10 10:33

  戴维·贝克(左)、德米斯·哈萨比斯(中)和约翰·江珀(右)因在蛋白质设计和蛋白质结构预测领域作出的贡献荣获2024年诺贝尔化学奖。

  诺贝尔奖官网

  10月9日,瑞典皇家科学院揭晓了2024年诺贝尔化学奖的归属。美国华盛顿大学科学家戴维·贝克因在蛋白质设计方面的贡献,荣获该奖项一半的奖金;另一半奖金则由谷歌“深度思维”公司创始人、英国科学家德米斯·哈萨比斯和该公司美国科学家约翰·江珀共享,以表彰他们在蛋白质结构预测方面的成就。

  诺贝尔化学奖委员会主席海纳·林克指出,今年的诺贝尔化学奖如同“双花并蒂”,他们一方面用计算软件构建出全新蛋白质结构,另一方面则基于氨基酸序列开发出名叫“阿尔法折叠2”的人工智能(AI)模型,实现对蛋白质复杂结构的预测。这两项科学突破携手开辟出巨大的可能性。

  从头设计全新蛋白质

  2024年诺贝尔化学奖“花落”蛋白质,是因为蛋白质对生命至关重要。没有蛋白质,生命就不可能存在。

  蛋白质如同生命体内的“能工巧匠”,以其独特的化学能力,编织出生命的多样性与复杂性。它们掌控并驱动生命体内所有的化学反应,这些反应共同构筑了生命的宏伟蓝图。同时,蛋白质可谓“千面女郎”,扮演着激素、信号物质、抗体以及身体组织构建者等多种角色。

  蛋白质通常由20种不同的氨基酸组成,这些氨基酸如同组成生命的“积木”。2003年,贝克利用氨基酸“积木”,成功创造出一种前所未有的新蛋白质,开启了构建蛋白质的大门。构建全新蛋白质,被称为“从头设计”。而贝克团队构建氨基酸“积木”的功臣,是他们开发的名为Rosetta的计算软件。他们首先绘制了一种全新结构的目标蛋白质,然后从已知结构的蛋白质数据库中寻找与目标结构相似的短蛋白质片段;随后,Rosetta利用蛋白质能量图的基本知识,优化这些片段,给出了最终的氨基酸序列。

  此后,贝克研究小组不断发挥创意,创造出一系列富有想象力的蛋白质。这些蛋白质正在药物、疫苗、纳米材料和微型传感器等多个领域“大展拳脚”。

  为预测蛋白质结构,贝克团队2021年开发出“Rosetta折叠”模型,并被《科学》杂志评为2021年年度突破。2023年,基于“Rosetta折叠”的深度学习模型“RFdiffusion”问世。该模型能测试拥有不同结构元素的设计组合,并从头开始产生蛋白质。该模型还能执行不同的任务,设计氨基酸、寡聚体(多亚基聚体)、有治疗或工业应用前景的复杂结构。

  精准预测蛋白质结构

  在蛋白质的世界里,氨基酸以长链的形式相连,折叠成复杂的三维结构,赋予蛋白质重要功能。

  自20世纪70年代以来,科学家一直致力于根据氨基酸序列预测蛋白质结构,但这是一项极其艰巨的任务。因为有些氨基酸和其他氨基酸相互作用,有些氨基酸则具有疏水性。而且氨基酸链形成了复杂的形状,使精准确定蛋白质结构难上加难。

  AI模型“阿尔法折叠2”的横空出世,为解决这一萦绕在科学家心头50年的难题带来转机。

  2020年,哈萨比斯和江珀研制出“阿尔法折叠2”。在该模型的帮助下,科学家们已能预测2亿多种蛋白质的结构。

  自问世以来,“阿尔法折叠2”得到190个国家和地区200多万研究人员的应用。有了这一模型,研究人员能够更深入地研究抗生素的耐药性,并设计出能分解塑料的酶。

  今年5月,“深度思维”推出了“阿尔法折叠3”模型,用来帮助科学家更精确地针对疾病机制开发更有效药物。“阿尔法折叠3”能够更准确预测不同大分子之间复合物的结构,以及大分子、小分子和离子之间的相互作用。

  能够预测蛋白质结构并设计全新蛋白质,是科学赐予人类最美好的礼物之一。(记者 刘 霞)

  (科技日报北京10月9日电)

[ 责编:焦子原 ]
阅读剩余全文()

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 日/周
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 寒露:收获与耕耘 皆为秋日的答案

  • 全国铁路迎来返程客流最高峰 预计发送旅客2415万人次

独家策划

推荐阅读
你知道吗,复杂的电路系统也可以“纺”进柔软的纤维里,编织机器人电子皮肤成为可能。
2026-10-08 09:26
全球河流每年向海洋输送多少微塑料?答案是约26万吨。河流是陆源微塑料进入海洋的重要通道之一,但全球河流一年到底输送了多少微塑料,这些污染又集中在什么时候入海,一直缺少可靠估算。
2026-10-08 09:18
水稻的生长发育涉及不同类型细胞的协同作用。
2026-10-08 09:17
一粒黄豆,如何酿成一瓶“智慧”酱油?一把原丝,怎样织就全球棉纺织行业首座“灯塔工厂”?一颗玉米,又如何扛起粮食安全的分量?
2026-10-08 09:16
在分子的镜像世界里,生命体系的某些关键分子,为何偏爱其中一种模样?
2026-10-08 08:30
根据国家气候中心监测,9月以来赤道中东太平洋海温持续增暖,为有监测记录以来候和旬尺度海温指数首次突破3摄氏度,海温指数峰值预计出现在11月前后,形成一次有监测记录以来最强的超强厄尔尼诺事件。
2026-09-30 09:45
这里,冬季寒冷漫长,寒凉气候、偏少降水、无霜期短的自然条件,难以形成规模化的城市聚落。对于传统农牧业,年均气温低、无霜期短意味着作物生长期受限;而对数据中心来说,这也是天然冷源。
2026-09-30 09:44
9月29日,中国科学院在京召开新闻发布会,正式发布“科学前沿极限突破计划”及其首批项目,向“极宏观、极微观、极端条件和极综合交叉”方向发起冲击。
2026-09-30 09:38
中国科普研究所经过深入调查研究,形成《全国科普事业发展报告(2026)》,全面展示我国科普事业持续发展壮大所取得的成就。
2026-09-30 09:32
现代科技发展史反复印证着一个道理:许多新技术的突破,归根结底都依赖材料的新发展。
2026-09-30 09:33
世界知识产权组织29日公布的2026年《全球创新指数》中,香港在全球139个经济体中排名再升一位至第14位,并在亚洲保持第五位。
2026-09-30 09:30
科学家绘制出了人体前额叶皮层脑区的已知最大规模基因表达图谱。这些研究进一步阐释了前额叶皮层脑区在生命不同阶段的发育情况,有望用于研究衰老、认知衰退和疾病易感性。在第二篇发表于《自然》论文中,西奈山伊坎医学院的Donghoon Lee和同事报道了一个与脑疾病相关的基因表达变化图谱。
2026-09-29 09:39
纤维的材料层次、器件结构和电路互连随成形过程共同建立起来,让纤维本身成为电路。另一组实验中,研究团队利用纤维组成的柔性交互界面及配套系统,实现了手指对机械臂和无人机的非接触控制。
2026-09-29 09:39
(记者王政)工业和信息化部等7部门28日联合印发《新型电池产业发展“十五五”规划》,提出到2030年,我国新体系电池研发取得重大进展,全固态电池初步实现规模化应用。
2026-09-29 09:40
记者李春剑从中国计量科学研究院获悉,近日,国际计量局(BIPM)的全球卫星导航系统(GNSS)时间传递标准首次在中国完成北斗关键参数的标校与比对验证。随着北斗时间传递链路校准、监测评估和国际互认体系持续完善,北斗将进一步为全球用户提供更加准确、可信的授时服务。
2026-09-29 09:39
近期,国务院印发《全民健身计划(2026—2030年)》,对“十五五”时期推动全民健身事业高质量发展作出部署。国际体育医学期刊《运动医学》指出,抗阻训练较常出现不适或损伤的部位主要集中在肩部、腰背部和膝部。
2026-09-29 09:37
全国科普月不仅是科普服务的集中推出期,更是营造爱科学、学科学浓厚社会氛围的重要契机。期待科普之翼越来越有力,把科学“种”进更多人心田。
2026-09-28 09:49
作为一线科技工作者,我觉得应该肩负起向公众传播科学知识、科学方法、科学思维和科学精神的社会使命。这是历史赋予我们的责任和义务,科学家应该将所学回馈社会。
2026-09-28 09:44
研究团队借助这套气体观测数据,首次定量证实:星团内接连发生的超新星爆发,持续输入的动能足以长期维持星系湍流。
2026-09-28 09:42
23日至27日,以“在数贸会遇见AI未来”为主题的第五届全球数字贸易博览会在浙江杭州国际博览中心举办。
2026-09-28 09:34
加载更多