發布日期：2019-04-30
人工(gong)智能已經深度進入(ru)基因和蛋白質(zhi)領域，這既是醫療(liao)、藥物(wu)和生(sheng)命科學與AI聯姻的一種(zhong)突破(po)，也意(yi)味著AI在維護人們健康、延長(chang)壽命和提高生(sheng)命質(zhi)量方面有了穩步進展(zhan)。
谷歌最新人工智能軟件阿(a)爾法折疊（Alpha Fold），在(zai)一項(xiang)極其困難的任(ren)務(wu)中擊敗了所有(you)對手，成(cheng)功根據基(ji)因序(xu)列預測了生命(ming)基(ji)本分子(zi)——蛋白質(zhi)的三維結(jie)構。
這意(yi)味著，人工智能已經深度進入基因(yin)和蛋白(bai)質領域，這既(ji)是醫療、藥物和生命科學與(yu)AI聯(lian)姻的一種突破，也表明AI在維護人們健康、延長壽命和提(ti)高生命質量方面有了穩步進展。
阿(a)爾法(fa)折疊(die)是被設計來解析蛋白質折疊(die)的(de)(de)。生物體(ti)和(he)人體(ti)擁有著(zhu)各(ge)種各(ge)樣的(de)(de)蛋白質，它們承擔著(zhu)身體(ti)各(ge)種復雜且重要的(de)(de)功能(neng)，從食物消化到(dao)免疫抗病，從感覺(jue)到(dao)運動功能(neng)等，都離不開蛋白質。
一個簡單的蛋白(bai)(bai)質(zhi)往(wang)往(wang)包含了數百個氨基酸，其空(kong)間結(jie)(jie)構(gou)(gou)的可能性就高達10的300次方個。不只是蛋白(bai)(bai)質(zhi)中氨基酸序列決定(ding)生命(ming)現(xian)象和疾(ji)病(bing)，而且蛋白(bai)(bai)質(zhi)的空(kong)間結(jie)(jie)構(gou)(gou)同樣決定(ding)生理功能和疾(ji)病(bing)，只要蛋白(bai)(bai)質(zhi)的結(jie)(jie)構(gou)(gou)發生一點錯誤，就會誘發和導致各種疾(ji)病(bing)，如糖尿病(bing)、帕金森癥和阿爾茨海(hai)默癥等。
也因此，解(jie)析(xi)蛋白質結構已成為(wei)基因測序后，診斷疾病、研(yan)發(fa)新藥和(he)深入理解(jie)生命現象(xiang)的(de)一(yi)把(ba)重(zhong)要鑰匙。阿爾法折(zhe)疊通過人(ren)工智能算法，在去年底的(de)一(yi)項有98名(ming)參賽者(zhe)參加的(de)解(jie)析(xi)蛋白質結構的(de)競(jing)賽中(zhong)贏(ying)得(de)第一(yi)名(ming)，獲(huo)得(de)了43種蛋白中(zhong)的(de)25種蛋白結構的(de)最(zui)高(gao)分，排(pai)名(ming)第二的(de)隊伍只有其中(zhong)3個獲(huo)得(de)了預測最(zui)高(gao)分。
這(zhe)說(shuo)明，阿(a)爾法折疊在解析(xi)和預測蛋白質結構上比較(jiao)準確。這(zhe)也(ye)昭示著，對疾病(bing)的(de)診斷和研(yan)發(fa)新(xin)藥有了(le)新(xin)的(de)利器(qi)。
以阿爾法折疊為(wei)代(dai)表(biao)的AI不只是(shi)可以既快又準確(que)地分(fen)析(xi)已(yi)知的一些蛋白(bai)質(zhi)的三維結(jie)構，還能預測和發現人們尚(shang)未知曉的蛋白(bai)質(zhi)結(jie)構。
不過(guo)，阿爾(er)法折(zhe)疊的(de)(de)(de)最大進步是通過(guo)算法來(lai)找到蛋白質(zhi)的(de)(de)(de)三維形(xing)狀(zhuang)。一段基(ji)因序(xu)列（DNA片段）只(zhi)構成(cheng)了(le)氨(an)基(ji)酸按一定序(xu)列排成(cheng)的(de)(de)(de)長鏈，僅僅靠基(ji)因測序(xu)是無法獲知蛋白質(zhi)結構的(de)(de)(de)，這就需要阿爾(er)法折(zhe)疊以算法來(lai)確認蛋白質(zhi)的(de)(de)(de)三維結構。
從理論上(shang)分(fen)析(xi)，能夠分(fen)析(xi)和(he)預(yu)測蛋白(bai)質(zhi)(zhi)的(de)形狀和(he)結構，就能夠更好地確定其他分(fen)子與(yu)蛋白(bai)質(zhi)(zhi)結合(he)(he)的(de)方(fang)式，也就可能研(yan)發新的(de)藥(yao)物，因為藥(yao)物是(shi)在人體內與(yu)特殊的(de)蛋白(bai)質(zhi)(zhi)結合(he)(he)并改變蛋白(bai)質(zhi)(zhi)的(de)活動(dong)方(fang)式而發揮藥(yao)效的(de)。從這個意(yi)義上(shang)來看，阿爾(er)法折疊(die)能解析(xi)蛋白(bai)質(zhi)(zhi)折疊(die)問題(ti)，也僅僅是(shi)一個新的(de)開(kai)端，要(yao)(yao)研(yan)發出新藥(yao)或產生新的(de)治療(liao)疾病(bing)的(de)方(fang)式，還有很(hen)長(chang)的(de)路要(yao)(yao)走。
當然，阿爾法折(zhe)疊(die)和(he)其(qi)他AI技術都主要是通(tong)過算法來理解疾病和(he)改進藥物(wu)治療的效果，預測和(he)分析蛋白質折(zhe)疊(die)尚不能(neng)解決蛋白質折(zhe)疊(die)問題(ti)。因此(ci)，現階段比阿爾法折(zhe)疊(die)走得(de)更(geng)(geng)遠和(he)應(ying)用得(de)更(geng)(geng)成熟的是讓(rang)AI軟件(jian)診斷(duan)疾病，如(ru)癌(ai)癥。
當阿爾法折疊和(he)其他AI技術能診斷疾(ji)病(bing)(bing)，確定病(bing)(bing)因時(shi)，就可(ke)以既采(cai)用新的(de)(de)療(liao)(liao)(liao)法，如基(ji)因療(liao)(liao)(liao)法，修(xiu)改和(he)刪除致病(bing)(bing)基(ji)因，進而(er)讓(rang)返老還童成為可(ke)能，又有可(ke)能研發(fa)出針對蛋白質三維(wei)結構的(de)(de)新藥來(lai)治療(liao)(liao)(liao)疾(ji)病(bing)(bing)。現在(zai)，人工智能介入醫(yi)學(xue)和(he)生命科學(xue)才只是(shi)開始。
張田勘（科普(pu)學者）
來源：新京報
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