在过去的一年中,人工智能生成的蛋白质数量激增,这些蛋白质未来将用于从蛇咬伤到癌症的各种治疗。传统上需要科学家花费数十年才能设计出针对特定疾病的定制蛋白质,而现在借助AI,这一过程可以在几秒钟内完成。
澳大利亚科学家首次利用人工智能(AI)生成了一种可直接使用的生物蛋白,这种蛋白能够杀死像大肠杆菌这样的抗药性细菌。这项研究发表在《自然通讯》杂志上,为应对由抗药性超级细菌引发的日益严重的危机提供了一种全新方法。通过这种方式,澳大利亚科学界已经与美国和中国等国家并驾齐驱,开发出了能够快速生成数千种即用型蛋白质的AI平台,为更快、更经济的药物开发和诊断铺平了道路,这可能彻底改变生物医学研究和患者护理。
这篇《自然通讯》论文由Rhys Grinter博士和Gavin Knott副教授(雪医学研究员)共同领导,他们主导了新的AI蛋白质设计项目(<
根据Grinter博士和Knott副教授的说法,本次研究中使用的AI蛋白质设计平台是澳大利亚首个模仿David Baker(去年诺贝尔化学奖得主)工作的模型,该模型开发了一种端到端的方法,可以创建各种各样的蛋白质。“这些蛋白质现在正被开发为药物、疫苗、纳米材料和微型传感器,还有许多其他应用尚未测试,”Knott副教授说道。
在这项研究中,AI蛋白质设计平台使用了对全球科学家免费开放的AI驱动蛋白质设计工具。“重要的是要让蛋白质设计民主化,以便全世界都能利用这些工具,”Daniel Fox博士生表示,他完成了本研究中的大部分实验工作。“使用这些工具以及我们正在内部开发的工具,我们可以设计蛋白质以结合特定靶点或配体,作为抑制剂、激动剂或拮抗剂,或者具有改进活性和稳定性的工程酶。”
据Grinter博士介绍,目前用于治疗癌症或感染等疾病的蛋白质大多来源于自然界,并通过理性设计或体外进化和选择重新用途化。“这些深度学习的新方法使高效从头设计具有特定特性和功能的蛋白质成为可能,降低了成本并加速了新型蛋白质结合剂和工程酶的开发,”他说道。
自David Baker的研究以来,新的工具和软件不断涌现,例如Bindcraft和Chai,这些工具已被整合进由Grinter博士和Knott副教授共同领导的AI蛋白质设计平台。
莫纳什生物医学发现研究所所长John Carroll教授表示,新的AI蛋白质设计项目“让澳大利亚在这个令人兴奋的新疗法和研究工具设计领域迅速跟上步伐。这是两位杰出年轻科学家创业精神的证明,他们夜以继日地从零开始构建了这一能力。”
“该项目基于莫纳什大学和墨尔本大学运行,团队由才华横溢的结构生物学家和计算机科学家组成,他们对设计流程有着端到端的理解。这种对蛋白质结构和机器学习的深入理解使我们成为一个高度敏捷的项目,能够定期引入AI蛋白质设计领域的前沿工具,”Knott副教授说道。
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