研究人员使用强大的人工智能工具获得对蛋白质结构的新见解

一个国际研究团队利用强大的人工智能工具AlphaFold2揭示了有关某些类型蛋白质三维结构的新见解。

由氨基酸串和蛋白质组成的长分子根据一组严格的规则折叠成三维结构。无数不同的结构使蛋白质能够发挥其功能。在生物体内，从细菌到人类，它们运输分子，充当化学过程的催化剂，充当阀门和泵等。

虽然AlphaFold2已经预测了约2亿个蛋白质的三维结构，但迄今为止它还无法确定某些蛋白质内的部分(称为本质无序区域(IDR))是否具有任何结构，更不用说预测蛋白质的形状了。那个结构。

“这是生物化学家和分子生物学家之间长期存在的争论——IDR是否具有固定的结构，或者它们是否只是蛋白质的‘软’部分，”计算生物学家、细胞与系统系教授艾伦·摩西(AlanMoses)说多伦多大学文理学院生物学。

“我们证实，[虽然]AlphaFold2仍然不能很好地预测IDR的结构……它能做的是告诉我们哪些IDR可能具有某种结构——这在以前是不可能的。”

摩西是一篇发表在《美国国家科学院院刊》杂志上的论文的合著者，该论文详细介绍了研究小组的发现，可能有助于更好地了解这些蛋白质在疾病中所起的作用，并有助于开发新的药物治疗。

他的合著者包括ReidAlderson，格拉茨医科大学(MUG)的博士后研究员，曾在多伦多大学从事博士后工作;JulieForman-Kay，病童医院的资深科学家兼分子医学项目负责人，多伦多大学特默蒂医学院的生物化学教授;DesikaKolaric，MUG研究助理;IvaPritišanac是MUG的助理教授，也是Moses实验室的前博士后研究员。

该团队的发现意义重大，因为AlphaFold2没有接受过预测IDR结构的训练，并且IDR也没有包含在其训练数据中。“这就像人工智能被训练来驾驶汽车，然后尝试看看它是否也可以驾驶公共汽车，”摩西说。“它不能很好地驾驶公共汽车，但它可以识别出应该有人驾驶。”

该团队也是第一个对人类和其他生物体中的所有蛋白质进行系统研究的团队。“所以，我们第一次相信我们知道这种情况发生的频率，”摩西说。“这很重要，因为生物学充满了例外。我们需要知道什么是常见的，什么是特殊的。”

AlphaFold2这一强大且出人意料的应用的开发展示了利用人工智能解决蛋白质折叠问题的力量，并将提高研究人员对IDR及其在疾病中的作用的理解。

Moses说：“在AlphaFold2预测具有某种结构的IDR中，我们已经证明突变比其他无结构IDR中的突变更有可能导致疾病。”“这是理解IDR突变如何导致疾病的重要进展，而人们通常对此还没有很好的了解。我们现在相信，许多突变正在以某种方式破坏结构。

“更重要的是，由于AlphaFold2预测已经适用于所有蛋白质，现在我们第一次可以说生命树中有多少IDR具有结构。我们的论文表明，细菌IDR比人类和动物更有可能具有结构。IDR。据我们所知，这是第一次注意到这一点，它可能会解决有关大多数IDR是否有结构的持续争论。”