設計蛋白質(zhì)生物材料的可視化示例。圖片來源：《應用物理學雜志》

科技日報記者?張夢然

(資料圖)

美國麻省理工學院研究人員在新一期《應用物理學雜志》發(fā)表的論文中，將注意力神經(jīng)網(wǎng)絡與圖神經(jīng)網(wǎng)絡相結(jié)合，以更好地理解和設計蛋白質(zhì)。該方法將幾何深度學習與語言模型的兩種優(yōu)勢結(jié)合起來，不僅可預測現(xiàn)有蛋白質(zhì)特性，還可設想自然界尚未設計出的新蛋白質(zhì)。

蛋白質(zhì)通過構(gòu)建塊的獨特排列來執(zhí)行大量生物任務。將這個幾乎無限的排列庫轉(zhuǎn)化為各自的功能，就可讓研究人員設計用于特定用途的定制蛋白質(zhì)。

但蛋白質(zhì)一直難以建模，尤其是人們想要“反向操作”——將所需的功能轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，更是一個高難度挑戰(zhàn)。

此次新模型就可通過對基本原理建模，將大自然發(fā)明的一切作為基礎，重新組合了這些自然構(gòu)建塊，能實現(xiàn)新功能并解決多類型任務。

新建模型將數(shù)字、描述、任務和其他元素轉(zhuǎn)化為符號供神經(jīng)網(wǎng)絡使用。團隊首先訓練模型，根據(jù)不同蛋白質(zhì)的功能來預測它們的序列、溶解度和氨基酸組成部分。然后，在收到新蛋白質(zhì)功能的初始參數(shù)后，教它發(fā)揮創(chuàng)造力并生成全新的結(jié)構(gòu)。

這種方法能創(chuàng)造出以前必須溶解在水中的固體抗菌蛋白。在另一個例子中，團隊采用了一種天然存在的絲蛋白，并將其進化成各種新形式，包括賦予其螺旋形狀或褶皺結(jié)構(gòu)，讓其具有彈力和韌性。

研究人員表示，該技術的廣泛性意味著這一模型能應用于蛋白質(zhì)設計之外的許多領域，如設計具有特定失效模式的材料。

總編輯圈點

蛋白質(zhì)，生命的物質(zhì)基礎，它一直是生命科學領域的研究重點和熱點。人們孜孜不倦，想要了解它、改造它甚至創(chuàng)造它。人工智能已成為蛋白質(zhì)研究的“黃金搭檔”之一，它被用來做蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預測，創(chuàng)建蛋白質(zhì)分子。此次，深度學習和語言模型結(jié)合，新的蛋白質(zhì)應運而生。先設定蛋白質(zhì)的功能，再生成蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，知道想要什么，便可以創(chuàng)造什么。這種蛋白質(zhì)能解決現(xiàn)實問題，執(zhí)行特定任務。盡管提需求吧，剩下的交給神經(jīng)網(wǎng)絡去完成。

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