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科學|2021年科技熱點大追蹤：蛋白質研究突破

科技科學原創新聞蛋白質研究人類氨基酸研究者程序和程序結構熱點布拉赫爾布拉

參考消息網12月31日報道據德國新聞電視頻道網站12月16日報道 ， 研究者對人體已經有了相當準確的了解：血管長什么樣、癌癥是如何形成的、哪些細胞對視力很重要 。 然而 ， 微觀層面的情況仍舊不是很清楚 ， 因為迄今為止 ， 對于人體的基本組成部分蛋白質 ， 我們只了解很少一部分 ， 包括它們具有什么形態以及有何功能 。 但人工智能正在迅速改變這一切 。
報道稱 ， 原因是 ， 新的計算機程序能夠高度精確地計算蛋白質的三維結構 ， 無需使用耗時而昂貴的測量方法 。 德國馬克斯·普朗克生物化學研究所的安德烈亞斯·布拉赫爾解釋道 ， 如果人類了解蛋白質的形態以及功能 ， 就能更好地理解人體內的生物過程和疾病 。
布拉赫爾說 ， 這些知識也有助于開發新的藥物 。 研究者希望借助這種新技術來研發針對特定蛋白質的有效物質 。
報道還稱 ， 另一些專業人士則使用新軟件分析新冠病毒奧密克戎變異毒株 。 他們正在研究遺傳物質突變對所謂的刺突蛋白的形態的影響 。 蛋白質形態變化可能導致人類抗體無法很好地結合以及免疫保護能力下降 。
美國《科學》周刊認為這項新技術意義重大 ， 因此將其評選為2021年度科學突破 。 《科學》周刊主編霍爾登·索普寫道：“無論是從科學成就還是對未來研究的影響而言 ， 蛋白質折疊問題上的突破都是有史以來最重大的突破之一 。 ”
報道指出 ， 蛋白質非常小 ， 即便在顯微鏡下也看不清楚 。 因此 ， 迄今為止研究者只能使用復雜且昂貴的低溫電子顯微鏡和X射線晶體學等方法來研究蛋白質的結構 。 《科學》周刊介紹說 ， 使用傳統方法來破解一個蛋白質結構就需要耗費好幾年時間以及數十萬美元 。
布拉赫爾表示：“正因如此 ， 我們到現在都不知道人類許多蛋白質究竟長什么樣 。 ”迄今為止人類蛋白質中僅有三分之一的結構經實驗確定后被儲存在一個數據庫中 ， 其中許多還只研究了一部分 。
“阿爾法折疊”程序和“羅塞塔折疊”程序這兩個新程序大大降低了研究成本 。 約翰·江珀是“阿爾法折疊”程序的開發者 ， 目前在谷歌旗下的“深層思維”公司工作 。 一支由他領導的團隊已經公布了人類蛋白質幾乎所有的結構 。 英國《自然》周刊將他評選為2021年全球十大科學人物之一 。 江珀基于人工智能開發的程序可以借助儲存已知蛋白質結構的數據庫進行自我訓練 。
報道介紹 ， 蛋白質由可以折疊成特定結構并完成特定任務的長鏈構成 。 因此 ， 一些蛋白質（酶）可以分解糖分子 ， 另一些則是人體肌肉的結構元素 。 這些鏈條由線性排列的氨基酸構成 ， 氨基酸的排列順序由遺傳物質決定 。 人類共有大約2萬個蛋白質編碼基因 。 在蛋白質折疊時 ， 氨基酸之間的吸引力也發揮了作用 。
報道表示 ， 如果研究人員發現一個特定基因 ， 就可以在紙上或電腦上推導出一個蛋白質的氨基酸鏈——數十年來都是如此 。 但迄今為止 ， 研究者都無法輕易確定蛋白質折疊的精確形態和結構 。 “然而 ， 要想理解蛋白質的作用方式 ， 這又是很關鍵的一步 。 ”布拉赫爾解釋道 。 他自己也在使用“阿爾法折疊”程序 。
【科學|2021年科技熱點大追蹤：蛋白質研究突破】這兩個對研究者免費開放的新程序恰好填補了這個空白 。 布拉赫爾解釋說 ， 它們只需要某個蛋白質由遺傳物質決定的氨基酸序列 ， 就可以構建出相應的三維模型 。 他說：“在這之前 ， 我們要花好幾年才能搞清楚一個蛋白質的結構 ， 但現在只需要把氨基酸序列輸入電腦就行 。 ”