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比天然蛋白質(zhì)更能滿足特定需求,AI設(shè)計六種性能更優(yōu)蛋白質(zhì)
研究示意圖。圖片來源:Medical Xpress網(wǎng)站
人工智能(AI)蛋白質(zhì)設(shè)計正在走向“更快、更好、更強(qiáng)”。美國麻省總醫(yī)院布萊根分院和貝斯以色列女執(zhí)事醫(yī)療中心團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一款名為EVOLVEpro的AI工具,被認(rèn)為是蛋白質(zhì)工程領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破。團(tuán)隊(duì)在最新一期《科學(xué)》雜志上展示了通過該工具設(shè)計的6種具有不同用途的蛋白質(zhì),證明了EVOLVEpro能夠提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性、精確度及效率。
蛋白質(zhì)工程的概念由來已久,但隨著AI和大型語言模型的興起,這一領(lǐng)域正在經(jīng)歷深刻的變革。蛋白質(zhì)語言模型能夠理解蛋白質(zhì)的“語法”,通過分析龐大的基因組數(shù)據(jù)庫中的蛋白質(zhì)序列,提出改進(jìn)蛋白質(zhì)的具體建議。類似于最新的大型語言模型,EVOLVEpro作為一層額外的功能,能夠在作出回應(yīng)前進(jìn)行深入的推理和思考。
團(tuán)隊(duì)使用EVOLVEpro對6種蛋白質(zhì)進(jìn)行了設(shè)計。結(jié)果顯示,經(jīng)過EVOLVEpro優(yōu)化的兩種單克隆抗體對目標(biāo)的黏附力增強(qiáng)了30倍;微型CRISPR核酸酶執(zhí)行基因編輯的效率提升了5倍;用于基因編輯的蛋白質(zhì)在向基因組不同位置插入序列的能力提高了兩倍;Bxb1整合酶在將DNA片段植入細(xì)胞以實(shí)現(xiàn)可編程基因整合的效率增加了4倍;而用于RNA合成的T7 RNA聚合酶,在準(zhǔn)確復(fù)制RNA方面的能力更是提升了100倍。
團(tuán)隊(duì)指出,這款工具的最大優(yōu)勢在于它不受自然進(jìn)化限制。借助AI,他們可以根據(jù)特定需求優(yōu)化蛋白質(zhì),創(chuàng)造出性能更佳、速度更快、強(qiáng)度更高的蛋白質(zhì),使其更有效地與目標(biāo)結(jié)合,進(jìn)而改善治療方法或增強(qiáng)其功能性。
該技術(shù)意味著人類不僅能設(shè)計出與自然產(chǎn)物相媲美的蛋白質(zhì),還將具有應(yīng)對自然未曾遇到過的挑戰(zhàn)的能力,包括開發(fā)更加精準(zhǔn)的抗體來治療自身免疫疾病或癌癥,以及研發(fā)更為有效的病毒疫苗,或是培育營養(yǎng)價值更高或具備更強(qiáng)二氧化碳吸收能力的作物。
【總編輯圈點(diǎn)】
蛋白質(zhì)工程,就是利用基因工程手段對蛋白質(zhì)進(jìn)行改造,以獲得性質(zhì)和功能更加完善的蛋白質(zhì)分子。蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔(dān)者,在整個生命系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。不過,它們并非孤立存在。蛋白質(zhì)與各類小分子化合物組合,調(diào)節(jié)各種生理過程。此次,AI再次在蛋白質(zhì)設(shè)計領(lǐng)域大顯身手,它設(shè)計出六種更厲害的蛋白質(zhì),不僅能正常工作,而且比天然蛋白質(zhì)更能滿足特定需求。“更快、更好、更強(qiáng)”的蛋白質(zhì),能夠幫助人類應(yīng)對更多挑戰(zhàn)。
(原標(biāo)題《蛋白質(zhì)工程領(lǐng)域的重大突破——AI模型設(shè)計六種性能更優(yōu)蛋白質(zhì)》)
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