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記者8日從中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所獲悉，來自該所等單位的科研人員，成功開發(fā)了一種基于人工智能（AI）的新型蛋白質(zhì)改造方法。該方法巧妙地利用了現(xiàn)有的“蛋白質(zhì)逆折疊”AI模型，無需訓(xùn)練專屬AI模型，即可實現(xiàn)蛋白質(zhì)高效進化模擬和功能設(shè)計。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《細胞》雜志。

蛋白質(zhì)工程就像給生物分子做“改裝”，通過調(diào)整氨基酸順序改變蛋白質(zhì)性能。它比改造基因更直接高效，能快速獲得自然界百萬年進化才能產(chǎn)生的特性，整個產(chǎn)業(yè)的市場規(guī)模高達數(shù)百億美元。

不過，現(xiàn)有技術(shù)存在明顯短板：傳統(tǒng)方法高度依賴專家經(jīng)驗，耗時長、成本高；而新興的AI預(yù)測技術(shù)卻需要為每種蛋白質(zhì)單獨訓(xùn)練專用模型，不僅通用性差，還特別消耗計算資源。“面對這些挑戰(zhàn)，我們急需找到一種更聰明的辦法，開發(fā)出通用性強、效率高且不依賴昂貴算力的新型AI解決方案?！闭撐耐ㄓ嵶髡摺⒅袊茖W院遺傳與發(fā)育生物學研究所研究員高彩霞說。

蛋白質(zhì)逆折疊是利用AI模型通過給定三維結(jié)構(gòu)，預(yù)測可能的氨基酸排列的過程?，F(xiàn)有的通用蛋白質(zhì)逆折疊模型，通過學習天然蛋白質(zhì)的構(gòu)造規(guī)律，能捕捉進化形成的蛋白質(zhì)序列特征?；诂F(xiàn)有通用逆折疊模型，科研人員開發(fā)出了一種新型蛋白質(zhì)改造方法。

測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，新方法的預(yù)測準確率達16%，性能比其他常見AI模型提升36%—90%。同時，實驗驗證環(huán)節(jié)，科研人員用新方法成功改造了8種功能各異的蛋白質(zhì)，包括基因編輯關(guān)鍵工具脫氨酶等。驗證結(jié)果表明，該方法簡單高效、通用性強。

高彩霞表示，這項智能蛋白質(zhì)改造新方法，相比傳統(tǒng)手段效率更高、適用性更廣、擴展性更強。它代表著生命科學領(lǐng)域的重要趨勢，用計算模擬部分替代實驗室操作。特別值得一提的是，新方法大幅降低了AI技術(shù)的使用門檻：普通實驗室無需昂貴算力就能享受智能預(yù)測的便利，讓更多科學家受益。正如審稿專家所言：“新方法將人工智能驅(qū)動的蛋白質(zhì)進化提升到了一個全新的水平?！?/p>

（中國科學院遺傳發(fā)育所供圖）