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5月8日勤庐，Isomorphic Labs與Google DeepMind共同公布了一種采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的生成式AI模型——AlphaFold3妥粟，這一發(fā)現(xiàn)建立在Google DeepMind開發(fā)的段丸、預(yù)測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的AlphaFold2的工作基礎(chǔ)之上农浓，相關(guān)研究成果發(fā)表在Nature雜志上。

來源：Nature

▌AlphaFold3如何揭示生命分子

與AlphaFold2相比勘天，AlphaFold3模型具有更新的基于擴散的結(jié)構(gòu)，能夠預(yù)測包括蛋白質(zhì)捉邢、核酸脯丝、小分子、離子和修飾殘基在內(nèi)的復(fù)合物的聯(lián)合結(jié)構(gòu)。AlphaFold3比以前的許多專門工具顯示出顯著提高的準(zhǔn)確性：蛋白質(zhì)-配體相互作用的準(zhǔn)確性遠遠高于最先進的對接工具宠进，蛋白質(zhì)-核酸相互作用的準(zhǔn)確性遠遠高于核酸特異性預(yù)測器晕拆，抗體-抗原預(yù)測的準(zhǔn)確性明顯高于AlphaFold-multitimer v2.3。AlphaFold3可提供生物分子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確原子級視圖材蹬，在顯示蛋白質(zhì)如何與配體实幕、核酸和其他蛋白質(zhì)相互作用的結(jié)構(gòu)方面，比傳統(tǒng)方法和人工智能方法都產(chǎn)生了更準(zhǔn)確的預(yù)測堤器。這一重大突破為藥物發(fā)現(xiàn)開辟了全新可能性昆庇，使科學(xué)家能夠合理地開發(fā)針對以前難以調(diào)節(jié)或難以調(diào)節(jié)的靶點的治療方法。

▌免費的AlphaFold3服務(wù)器

AlphaFold3能預(yù)測含有蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫內(nèi)幾乎所有（>99%）已知分子類型的復(fù)合物的結(jié)構(gòu)闸溃。但與RoseTTAFold和AlphaFold2不同整吆，科學(xué)家將無法運行他們自己的AlphaFold3版本，AlphaFold3的底層代碼或訓(xùn)練模型后獲得的其他信息也不會公開啥诈。但研究人員將可以訪問“AlphaFold3服務(wù)器”绎揭，只需點幾下鼠標(biāo)，輸入自己感興趣的生物分子復(fù)合物的描述专稼， AlphaFold3就能預(yù)測相關(guān)蛋白質(zhì)叉室、DNA、RNA以及一系列配體缰嘴、離子和化學(xué)修飾組成的結(jié)構(gòu)模型碉榔，且新版本比AlphaFold2版本更簡單、更快捷马窘。注：AlphaFold3服務(wù)器鏈接：https://alphafoldserver.com/

值得注意的是拄央，AlphaFold3服務(wù)器的訪問是有限的，科學(xué)家目前每天只能進行10次預(yù)測寡专，且不能獲得與可能藥物結(jié)合的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)存睬。

▌AlphaFold3的結(jié)構(gòu)預(yù)測案例

下面四張圖片分別展示了AlphaFold3如何讓用戶折疊多種蛋白質(zhì)及其配體，并合理化它們的作用機制：

圖一展示了AlphaFold3對普通感冒病毒（冠狀病毒OC43）刺突蛋白（藍色）與抗體（綠松石色）和單糖（黃色）相互作用時的結(jié)構(gòu)茧伍，預(yù)測結(jié)構(gòu)與真實結(jié)構(gòu)（灰色）準(zhǔn)確吻合栽逸。

圖二展示了AlphaFold3對蛋白質(zhì)（藍色）與DNA雙螺旋（粉色）結(jié)合的分子復(fù)合物的預(yù)測，與真實分子結(jié)構(gòu)（灰色）幾乎完美匹配咽安。

圖三展示了AlphaFold3對RNA修飾蛋白復(fù)合物的結(jié)構(gòu)預(yù)測伴网，該復(fù)合物包含一個蛋白質(zhì)（藍色）、一條RNA鏈（紫色）和兩個離子（黃色）妆棒，預(yù)測結(jié)果與真實結(jié)構(gòu)（灰色）非常吻合澡腾。

圖四展示了AlphaFold3對一種分子復(fù)合物的結(jié)構(gòu)預(yù)測，該復(fù)合物包含一種酶蛋白（藍色）糕珊、離子（黃色球體）和單糖（黃色）动分，預(yù)測結(jié)果與真實結(jié)構(gòu)（灰色）非常吻合毅糟。這種酶存在于一種土壤寄生真菌（大麗輪枝菌）中，會損害多種植物澜公，了解這種酶與植物細胞的相互作用有助于研究人員培育更健康姆另、更具抗性的作物。

▌Isomorphic公司引領(lǐng)藥物發(fā)現(xiàn)

Isomorphic成立于2021年11月坟乾，公司正在使用AlphaFold3來開發(fā)藥物迹辐，既有自己的產(chǎn)品管線，也與其他制藥公司合作的管線甚侣。2024年1月7日袍城，同一天，Isomorphic宣布了兩項研發(fā)交易舆骚，總交易金額近30億美元：

禮來：總交易金額17.45億美元（4500萬美元預(yù)付款鱼谅，以及17億美元的潛在里程碑付款），利用AlphaFold3就多個靶點進行合作研發(fā)悉歼。

諾華：總交易金額12.38億美元（3750萬美元預(yù)付款益若，以及12億美元里程碑付款），利用AlphaFold3就三個靶點進行合作研發(fā)洁操。

雖然沒有透露具體靶點打气，但兩項交易都是開發(fā)靶向難以成藥靶點的小分子。論文通訊作者之一蛋揖、Isomorphic業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁Max Jaderberg博士表示：“最新的AlphaFold將在兩個領(lǐng)域特別有幫助：理性的巡住、基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計，以及學(xué)習(xí)更多的生物學(xué)知識溶孽∨勘矗”

▌AlphaFold3重大意義

AlphaFold3將生物世界帶入了高清時代，使科學(xué)家們得以觀察復(fù)雜的細胞系統(tǒng)沽怪，包括結(jié)構(gòu)看锉、相互作用和修飾等。這一生命分子的新窗口揭示了它們是如何相互關(guān)聯(lián)的塔鳍，并有助于理解這些聯(lián)系如何影響生物功能——例如藥物的作用伯铣、激素的產(chǎn)生和DNA的修復(fù)等過程。AlphaFold3以及免費開放的AlphaFold3服務(wù)器平臺轮纫，將通過AI的強大能力賦能科學(xué)家加速解決生物學(xué)中的開放性問題和新的研究方向腔寡。

▌AlphaFold3局限性

然而就如同許多生成式AI模型，AlphaFold3也容易出現(xiàn)幻覺（hallucination）和偏見掌唾，且其知識范圍也局限于訓(xùn)練所用的PBD數(shù)據(jù)放前。此外，伯克利實驗室生物科學(xué)副主任Paul D. Adams博士表示：“AlphaFold3的進展是否具有變革性郑兴，還需要經(jīng)過時間來驗證犀斋”春酰”他指出情连，盡管模型的能力令人印象深刻叽粹，但該模型所顯示的靜態(tài)圖像無法解答生物學(xué)中一些更棘手的問題∪匆ǎ“蛋白質(zhì)不是以靜態(tài)形式發(fā)揮作用的盼饼，它們通過動態(tài)變化和多種構(gòu)象狀態(tài)實現(xiàn)功能。目前還沒有技術(shù)能夠解決這個問題了灾，”Adams博士說道豺啦。

英文原文：https://www.nature.com/articles/d41586-024-01383-z