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AlphaFold2
AlphaFold刷屏
dianfu生命科學(xué)
AlphaFold2，再登Nature
從業(yè)者都懵了
AlphaFold2開源
它來了，它帶著源代碼過來了
人類98.5%蛋白質(zhì)全都被預(yù)測
生命科學(xué)領(lǐng)域或迎來巨變
DeepMind創(chuàng)始人兼執(zhí)行官Demis Hassabis在《Nature》期刊上分享AlphaFold的開源代碼，并發(fā)表了系統(tǒng)的完整方法，詳盡細(xì)致說明AlphaFold是如何做到精確預(yù)測蛋白質(zhì)3D結(jié)構(gòu)的。
更加令人振奮的是，在AlphaFold2開源僅僅一周后，DeepMind震撼公布了AlphaFold數(shù)據(jù)集。開放的數(shù)據(jù)集不僅包括人類蛋白質(zhì)組，還有大腸桿菌、酵母、果蠅、小鼠、水稻、擬南芥等模式物種在內(nèi)的20多種物種的大部分蛋白的預(yù)測結(jié)構(gòu)，總計(jì)超過35萬個蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。DeepMind還與歐洲生物信息研究所（EMBL-EBI）合作建立了一個平臺—AlphaFold DB（AlphaFold蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫），將他們的預(yù)測結(jié)果免費(fèi)開放給公眾，AlphaFold2模型的目標(biāo)是為所有具有已知序列的蛋白提供預(yù)測結(jié)構(gòu)。DeepMind計(jì)劃在年底將預(yù)測數(shù)量增加到1.3億個。EMBL-EBI主任Ewan Birney博士將其稱之為“繼人類基因組圖譜之后最重要的數(shù)據(jù)集"。
數(shù)十年的時(shí)間里，研究人員一直在用X射線晶體學(xué)和冷凍電鏡這類實(shí)驗(yàn)技術(shù)解析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。但是，這類方法存在費(fèi)時(shí)耗錢的問題，對一些蛋白也不適用。為滿足科研工作者對于蛋白與多肽設(shè)計(jì)，高效的抗體定制以及蛋白結(jié)構(gòu)與功能分析等需求，索萊寶緊跟科技前沿，深入解析這個基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的新模型AlphaFold2。AlphaFold2不僅可以做到精確預(yù)測蛋白質(zhì)3D結(jié)構(gòu)，而且準(zhǔn)確度能達(dá)到原子水平。AlphaFold2不僅達(dá)到了*的準(zhǔn)確度，還遠(yuǎn)超解析新蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的其他方法。現(xiàn)小編和大家一起，初步體驗(yàn)AlphaFold2在蛋白結(jié)構(gòu)預(yù)測中帶來的這份快樂。
操作步驟
◆ 按下圖點(diǎn)擊
◆ 在Search欄輸入蛋白名稱、UniProt號或基因ID，比如：植物蛋白PHYB；
◆ 在左邊選擇目標(biāo)物種，就可以顯示該物種中的PHYB蛋白，比如選擇“Oryza sativa subsp. Japonica"，就可以顯示水稻的PHYB蛋白；
◆ 點(diǎn)擊進(jìn)去，就會顯示PHYB的預(yù)測結(jié)構(gòu)，其中不同顏色代表不同的預(yù)測可信度。藍(lán)色越深，可信度越高，橙色越深，可信度越低。可以看出，PHYB的預(yù)測結(jié)構(gòu)具有很高的可信度，結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)也可以點(diǎn)擊圖片進(jìn)一步查看；
數(shù)據(jù)對比
在Uniprot數(shù)據(jù)庫，并沒有提供這一蛋白的可以利用的結(jié)構(gòu)注釋信息（見下圖）。
使用SWISS-MODEL建模預(yù)測蛋白結(jié)構(gòu)（見下圖），通常需要花費(fèi)很長時(shí)間（短則10分鐘，長則數(shù)小時(shí)），且預(yù)測的結(jié)構(gòu)完整度受限于同源蛋白的相似度（很多時(shí)候僅有部分蛋白片段給出預(yù)測結(jié)果）。
評論：
AlphaFold可以看到蛋白的預(yù)測結(jié)構(gòu)，并且將待預(yù)測蛋白的全序列結(jié)構(gòu)描摹出來。據(jù)報(bào)道AlphaFold2的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能在幾分鐘內(nèi)預(yù)測出一個典型蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，還能預(yù)測較大蛋白質(zhì)（比如一個含有2180個氨基酸、無同源結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)）的結(jié)構(gòu)。
總結(jié)與展望
最近，關(guān)于AlphaFold2的爆炸性信息也高頻沖擊著眼球。這是號稱困擾生物學(xué)家50年的問題，這是DeepMind在“蛋白質(zhì)折疊問題"的突破性成果。不可否認(rèn)，AI進(jìn)軍生命科學(xué)研究領(lǐng)域，可以稱得上一次里程碑式的創(chuàng)舉，是繼X射線晶體學(xué)、核磁共振、冷凍電子顯微鏡（CryoEM）等實(shí)驗(yàn)技術(shù)之后的偉大創(chuàng)新。
縱觀科學(xué)史，每次科學(xué)家在所在領(lǐng)域內(nèi)取得重大的進(jìn)步，都離不開當(dāng)時(shí)技術(shù)的支持。在AI時(shí)代，因?yàn)樗懔退惴Ｐ偷臉O大提升，我們見證了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測的歷史時(shí)刻。AlphaFold2的數(shù)據(jù)庫現(xiàn)已開源并且還在不斷地增加新蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測，這成為了科學(xué)家進(jìn)行蛋白質(zhì)研究的寶藏?cái)?shù)據(jù)庫。這個成果極大地推動了科學(xué)家的研究與發(fā)展，拓展了對蛋白質(zhì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析與功能分析、以及下游應(yīng)用的范圍，比如一些癌癥、病毒類感染的疾病研究，抗生素、靶向藥的開發(fā)，研發(fā)新效率的酶等。讓我們在生命科學(xué)研究中體驗(yàn)開盲盒的快樂，期待下一個想不到的驚喜，期待未來。
多肽/重組蛋白設(shè)計(jì)與抗體定制服務(wù)
索萊寶在緊跟科技前沿的同時(shí)，也可提供從基因，多肽設(shè)計(jì)合成，蛋白表達(dá)純化到科研抗體的制備與后續(xù)檢測驗(yàn)證等一站式的解決方案與定制服務(wù)。本服務(wù)項(xiàng)目依托于先進(jìn)的研發(fā)平臺，專業(yè)的服務(wù)開發(fā)團(tuán)隊(duì)和國際品牌的儀器設(shè)備，為客戶抗體的定制與檢測服務(wù)提供了保障。我們將在高效率的滿足科研工作者對抗體多樣化和深層次需求的道路上繼續(xù)前行。
參考文獻(xiàn)
Jumper, J et al. Highly accurate protein structure prediction with AlphaFold (Nature 2021).
Tunyasuvunakool, K et al.Highly accurate protein structure prediction for the human proteome (Nature 2021).
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