超級(jí)計(jì)算機(jī)破譯蛋白質(zhì)“語言”，為抗癌提供新線索

由超級(jí)計(jì)算機(jī)Tursa開發(fā)的蛋白質(zhì)語言模型PLM-Interact，成功破譯了蛋白質(zhì)之間的相互作用機(jī)制。格拉斯哥大學(xué)科學(xué)家借助英國DiRAC高性能超級(jí)計(jì)算設(shè)施，開發(fā)出能解讀“蛋白質(zhì)語言”的人工智能模型。這項(xiàng)通常用于宇宙學(xué)研究的高級(jí)計(jì)算技術(shù)，在此次研究中被創(chuàng)新性地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

值得注意的是，該模型不僅能預(yù)測蛋白質(zhì)相互作用，還能精準(zhǔn)識(shí)別哪些基因突變會(huì)破壞這些關(guān)鍵生物分子間的信息傳遞。論文通訊作者袁可博士表示：“DiRAC原本用于幫助科學(xué)家理解從最小亞原子粒子到最大宇宙尺度的自然規(guī)律，現(xiàn)在能轉(zhuǎn)而探索蛋白質(zhì)相互作用的內(nèi)在世界，這令人振奮?！?/p>

初期測試表明，在預(yù)測蛋白質(zhì)相互作用方面，PLM-Interact的表現(xiàn)優(yōu)于現(xiàn)有所有模型（包括谷歌DeepMind的AlphaFold3等先進(jìn)工具）。這一突破為理解癌癥與病毒感染等疾病的發(fā)病機(jī)制開辟了新途徑。

經(jīng)過深度訓(xùn)練的精密模型

作為生命的分子機(jī)器，蛋白質(zhì)是細(xì)胞結(jié)構(gòu)和所有生物過程的基礎(chǔ)。蛋白質(zhì)相互作用（PPIs）的紊亂往往是癌癥與遺傳疾病發(fā)生的起始信號(hào)，病毒入侵時(shí)也會(huì)通過劫持宿主蛋白實(shí)現(xiàn)自我復(fù)制。深入解析PPIs對(duì)推進(jìn)新型療法和疫苗研發(fā)至關(guān)重要，而PLM-Interact為觀察這些關(guān)鍵機(jī)制提供了全新視角。

該模型的成功關(guān)鍵在于大規(guī)模訓(xùn)練：研究人員借助超級(jí)計(jì)算機(jī)，使用42.1萬對(duì)人類蛋白質(zhì)對(duì)進(jìn)行訓(xùn)練。Tursa的強(qiáng)大算力尤其對(duì)擁有6.5億參數(shù)的模型實(shí)現(xiàn)快速微調(diào)至關(guān)重要，使其得以掌握復(fù)雜的蛋白質(zhì)通訊密碼。

預(yù)測精度實(shí)現(xiàn)重大突破

相較于其他前沿AI蛋白質(zhì)模型，PLM-Interact的預(yù)測準(zhǔn)確率提升16%-28%。在驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，該模型成功預(yù)測出驅(qū)動(dòng)RNA聚合和蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)等關(guān)鍵功能的五組蛋白質(zhì)相互作用，而AlphaFold3僅能預(yù)測出其中一組。

更引人注目的是，研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)PLM-Interact能識(shí)別基因突變?nèi)绾斡绊懙鞍踪|(zhì)相互作用，從而引發(fā)遺傳疾病或抑制癌癥中的關(guān)鍵PPIs。在對(duì)病毒-人類蛋白質(zhì)相互作用進(jìn)行專項(xiàng)訓(xùn)練后，該模型在預(yù)測病毒與宿主蛋白互作方面再次超越現(xiàn)有工具，這為解析病毒 emergence機(jī)制、評(píng)估大流行風(fēng)險(xiǎn)及發(fā)現(xiàn)抗病毒新靶點(diǎn)帶來可能。

通訊作者David L Robertson教授強(qiáng)調(diào)：“新冠疫情中對(duì)病毒-宿主相互作用研究的緊迫性，正說明PLM-Interact這類工具的未來價(jià)值?！?/p>

目前實(shí)驗(yàn)鑒定蛋白質(zhì)相互作用成本高昂且耗時(shí)，而PLM-Interact提供了快速、精準(zhǔn)且可擴(kuò)展的解決方案。研究團(tuán)隊(duì)表示將繼續(xù)挖掘該模型在多領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，預(yù)計(jì)后續(xù)發(fā)展將加速創(chuàng)新療法開發(fā)、疫苗研制，以及對(duì)生命本質(zhì)過程的深層理解。

該項(xiàng)突破性研究成果已發(fā)表于《自然-通訊》期刊。

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