困擾科學(xué)家近50年之久的蛋白質(zhì)折疊問(wèn)題有了新的解決方法。當(dāng)?shù)貢r(shí)間11月30日，谷歌旗下DeepMind公司宣布，其開發(fā)的AI程序AlphaFold可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)三維空間結(jié)構(gòu)——而高效地破解和疾病有關(guān)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，有助于研究人員發(fā)現(xiàn)新型藥物。

AlphaFold在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)競(jìng)賽中斬獲第一

在今年的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)競(jìng)賽（下稱“CASP”）中，AlphaFold程序擊敗其余近百支參賽團(tuán)隊(duì)獲得第一，并達(dá)到了與實(shí)驗(yàn)室測(cè)試基本相當(dāng)?shù)臏?zhǔn)確性水平。

CASP競(jìng)賽每?jī)赡昱e辦一次，被業(yè)界視為“蛋白質(zhì)奧林匹克”。主辦方會(huì)面向全球發(fā)布未知的蛋白質(zhì)序列，每個(gè)參賽團(tuán)隊(duì)運(yùn)用自己設(shè)計(jì)的算法來(lái)預(yù)測(cè)其結(jié)構(gòu)。隨后，主辦方會(huì)將預(yù)測(cè)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)室結(jié)果進(jìn)行比較，并根據(jù)兩者的接近性給出0-100的得分。

根據(jù)CASP主席、馬里蘭大學(xué)教授約翰·莫爾特（John Moult ）的說(shuō)法，分?jǐn)?shù)達(dá)到90 分左右，就意味著這個(gè)算法具有和實(shí)驗(yàn)室方法一樣的破解能力。

今年的CASP比賽已經(jīng)是第14屆。Deepmind稱AlphaFold拿下了92.4的平均分，即便是在難度最大的挑戰(zhàn)中，AlphaFold的得分中位數(shù)也達(dá)到了87分。

據(jù)莫蘭特介紹道，在中等難度的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)中，其他團(tuán)隊(duì)的最高得分為75分，而AlphaFold能夠獲得90分。

早在2018年，AlphaFold首次參加CASP，就在98個(gè)參賽團(tuán)隊(duì)中名列榜首，準(zhǔn)確地從43種蛋白質(zhì)中預(yù)測(cè)出了25種蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，而第二名的獲獎(jiǎng)團(tuán)隊(duì)僅準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出3種。

蛋白質(zhì)折疊問(wèn)題已困擾科學(xué)家近50年

蛋白質(zhì)為什么重要？DeepMind官網(wǎng)介紹，蛋白質(zhì)幾乎可以支持生命所有的功能，而蛋白質(zhì)的作用很大程度上取決其3D結(jié)構(gòu)。

人類當(dāng)前面臨的許多挑戰(zhàn)，例如開發(fā)新的疾病治療方法或?qū)ふ铱煞纸夤I(yè)廢物的酶，都與蛋白質(zhì)及其作用密切相關(guān)。確定蛋白質(zhì)的形狀和功能一直是一個(gè)重要的研究領(lǐng)域，而在此前的研究中，每種蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的確定可能要花費(fèi)數(shù)年的艱巨工作，并且要使用數(shù)百萬(wàn)美元的專用設(shè)備。

弄清楚蛋白質(zhì)會(huì)折疊成什么樣，被稱為“蛋白質(zhì)折疊問(wèn)題”?！霸谶^(guò)去將近50年的時(shí)間里，我們一直在試圖解答這個(gè)問(wèn)題?！凹s翰·莫爾特說(shuō)。

據(jù)《自然》報(bào)道，研究人員此前普遍通過(guò)X射線、低溫電子顯微鏡等實(shí)驗(yàn)技術(shù)來(lái)確定蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。在80年代至90年代，研究人員曾使用計(jì)算機(jī)來(lái)預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，但結(jié)果并不令人滿意。

而AlphaFold可能會(huì)為科學(xué)家們提供解答這一問(wèn)題的新思路。德國(guó)圖賓根馬克斯·普朗克生物學(xué)研究所演化生物學(xué)家安德烈·盧帕斯（Andrei Lupas）已經(jīng)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)花費(fèi)了十年時(shí)間，試圖破解一種細(xì)菌的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。而AlphaFold在“半小時(shí)”內(nèi)就給出了它的預(yù)測(cè)。

“它（AlphaFold）將改變研究、改變醫(yī)學(xué)、改變一切，” 盧帕斯說(shuō)。

DeepMind在官網(wǎng)宣稱，像AlphaFold這樣能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，可以加速許多有重大社會(huì)意義的研究，例如，因?yàn)椴涣私獾鞍踪|(zhì)的結(jié)構(gòu)，研究人員無(wú)法進(jìn)一步了解嗜睡病、利什曼病等熱帶醫(yī)學(xué)疾病，而這些疾病每年造成了成千上萬(wàn)人的死亡。

此外，DeepMind稱，這類系統(tǒng)對(duì)于許多基礎(chǔ)性的研究也有促進(jìn)作用：以往開發(fā)一種新型藥物，可能需要花費(fèi)超過(guò)25億美元和十年以上的時(shí)間，而這類AI系統(tǒng)通過(guò)破解和疾病有關(guān)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，有助于研究人員發(fā)現(xiàn)新型、有效的藥物。