諾貝爾化學獎委員會主席海納·林克指出，今年的諾貝爾化學獎如同“雙花并蒂”，他們一方面用計算軟件構(gòu)建出全新蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，另一方面則基于氨基酸序列開發(fā)出名叫“阿爾法折疊2”的人工智能（AI）模型，實現(xiàn)對蛋白質(zhì)復雜結(jié)構(gòu)的預測。這兩項科學突破攜手開辟出巨大的可能性。

　　從頭設計全新蛋白質(zhì)

　　2024年諾貝爾化學獎“花落”蛋白質(zhì)，是因為蛋白質(zhì)對生命至關(guān)重要。沒有蛋白質(zhì)，生命就不可能存在。

　　蛋白質(zhì)如同生命體內(nèi)的“能工巧匠”，以其獨特的化學能力，編織出生命的多樣性與復雜性。它們掌控并驅(qū)動生命體內(nèi)所有的化學反應，這些反應共同構(gòu)筑了生命的宏偉藍圖。同時，蛋白質(zhì)可謂“千面女郎”，扮演著激素、信號物質(zhì)、抗體以及身體組織構(gòu)建者等多種角色。

　　蛋白質(zhì)通常由20種不同的氨基酸組成，這些氨基酸如同組成生命的“積木”。2003年，貝克利用氨基酸“積木”，成功創(chuàng)造出一種前所未有的新蛋白質(zhì)，開啟了構(gòu)建蛋白質(zhì)的大門。構(gòu)建全新蛋白質(zhì)，被稱為“從頭設計”。而貝克團隊構(gòu)建氨基酸“積木”的功臣，是他們開發(fā)的名為Rosetta的計算軟件。他們首先繪制了一種全新結(jié)構(gòu)的目標蛋白質(zhì)，然后從已知結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫中尋找與目標結(jié)構(gòu)相似的短蛋白質(zhì)片段；隨后，Rosetta利用蛋白質(zhì)能量圖的基本知識，優(yōu)化這些片段，給出了最終的氨基酸序列。

　　此后，貝克研究小組不斷發(fā)揮創(chuàng)意，創(chuàng)造出一系列富有想象力的蛋白質(zhì)。這些蛋白質(zhì)正在藥物、疫苗、納米材料和微型傳感器等多個領(lǐng)域“大展拳腳”。

　　為預測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，貝克團隊2021年開發(fā)出“Rosetta折疊”模型，并被《科學》雜志評為2021年年度突破。2023年，基于“Rosetta折疊”的深度學習模型“RFdiffusion”問世。該模型能測試擁有不同結(jié)構(gòu)元素的設計組合，并從頭開始產(chǎn)生蛋白質(zhì)。該模型還能執(zhí)行不同的任務，設計氨基酸、寡聚體（多亞基聚體）、有治療或工業(yè)應用前景的復雜結(jié)構(gòu)。

　　精準預測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

　　在蛋白質(zhì)的世界里，氨基酸以長鏈的形式相連，折疊成復雜的三維結(jié)構(gòu)，賦予蛋白質(zhì)重要功能。

　　自20世紀70年代以來，科學家一直致力于根據(jù)氨基酸序列預測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，但這是一項極其艱巨的任務。因為有些氨基酸和其他氨基酸相互作用，有些氨基酸則具有疏水性。而且氨基酸鏈形成了復雜的形狀，使精準確定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)難上加難。

　　AI模型“阿爾法折疊2”的橫空出世，為解決這一縈繞在科學家心頭50年的難題帶來轉(zhuǎn)機。

　　2020年，哈薩比斯和江珀研制出“阿爾法折疊2”。在該模型的幫助下，科學家們已能預測2億多種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。

　　自問世以來，“阿爾法折疊2”得到190個國家和地區(qū)200多萬研究人員的應用。有了這一模型，研究人員能夠更深入地研究抗生素的耐藥性，并設計出能分解塑料的酶。

　　今年5月，“深度思維”推出了“阿爾法折疊3”模型，用來幫助科學家更精確地針對疾病機制開發(fā)更有效藥物。“阿爾法折疊3”能夠更準確預測不同大分子之間復合物的結(jié)構(gòu)，以及大分子、小分子和離子之間的相互作用。

　　能夠預測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)并設計全新蛋白質(zhì)，是科學賜予人類最美好的禮物之一。

　　科學家迎來AI黃金時代

　　張夢然

　　在2024年最后一個諾貝爾自然科學獎項公布后，諾貝爾化學獎和物理學獎同時垂青AI領(lǐng)域研究者受到世人矚目。這是AI技術(shù)在多個科學領(lǐng)域中廣泛應用和產(chǎn)生深遠影響的證明。

　　這種“跨界”的認可，表明AI已不僅僅是計算機科學的一個分支，而是成為推動科學研究和技術(shù)進步的重要工具。它為解決長期存在的科學問題提供了強有力的支持，并在多個層面促進了科學的發(fā)展。諾獎既是對科學家個人成就的認可，也是對整個AI輔助科學研究趨勢的一個肯定。

　　AI黃金時代的一批科學家正熠熠生輝。這場景仿佛再現(xiàn)上世紀物理學黃金時代——從1900年到1925年，愛因斯坦、玻爾、薛定諤、海森堡、狄拉克、居里夫人等科學大師產(chǎn)出了大量的成果。我們期待，AI領(lǐng)域的創(chuàng)新能為人們開啟一扇扇新世界的窗戶；我們相信，這次的諾獎會激勵更多年輕人關(guān)注AI及其在科學中的應用，從而誕生新一代跨學科人才。

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