人工智能工具可以设计“更好、更快、更强”的蛋白质

大自然擅长设计蛋白质。科学家甚至更好。但人工智能有望多次改善蛋白质。这种“设计蛋白”的医学应用范围从创造更精确的抗体来治疗自身免疫性疾病或癌症到更有效的病毒疫苗。应用范围可能会超出医学范围，例如种植更好的作物，这些作物可能更有营养或从大气中吸收更多的二氧化碳。

麻省总医院布里格姆和贝斯以色列女执事医疗中心 (BIDMC) 的研究人员开发了一种人工智能被称为 EVOLVEpro 的（AI）工具可能代表着技术的飞跃蛋白质工程。在一篇论文中发表在科学，研究团队通过应用该模型来设计具有不同应用的六种蛋白质，展示了该工具使蛋白质更加稳定、精确和高效的能力。

“像这样的工具的力量在于我们不受进化的限制。使用人工智能，我们可以选择优化蛋白质麻省总医院基因与细胞治疗研究所和布莱根妇女医院医学部医学工程部的研究员、共同资深作者 Omar Abudayyeh 博士说：医院。“我们可以制造出更好、更快、更强的蛋白质。我们可以将其设计得更有效地结合靶标，以改善治疗或改善其功能。如果我们能够衡量它，我们就可以改进它。”

蛋白质工程的概念并不新鲜，但人工智能和人工智能的出现大语言模型正在开始彻底改变该领域。蛋白质语言模型（PLM）可以学习蛋白质的“语法”，阅读蛋白质序列来自大型基因组数据库，并提供可以按照科学家指定的方式改善蛋白质的建议。与新的法学硕士非常相似，EVOLVEpro 充当先前模型之上的一层，可以在响应之前进行推理并提供更多思考。

“蛋白质建模近年来取得了进步，我们想知道现在是否可以使用大型语言模型来从本质上预测更好的蛋白质序列，”病毒学和疫苗中心的共同高级作者 Jonathan S. Gootenberg 博士说。BIDMC 的研究人员、麻省布里格姆总医院基因和细胞治疗研究所的成员以及哈佛医学院的教员。

“我们的结果一致地表明了该工具的工作效果。我们选择了两种临床相关的抗体（已经在使用或接近人类使用），并发现通过 EVOLVEpro，我们可以设计出一种可以更好地结合并具有更好表达的抗体通常，你可以在其中一项成果上取得好成绩，但在这里我们看到了两项成果的改进。”

像这样的研究表明基因和细胞治疗技术的进步有望改变医学。麻省总医院布里格姆基因与细胞治疗研究所 (GCTI) 成立于 2022 年，旨在推动有潜力治愈疾病或阻止疾病进展的靶向、变革性治疗方法的发现和开发。该研究所联合了 500 多名研究人员和临床医生，致力于推进基因和细胞疗法的首次人体临床试验，并最终为患者提供挽救生命的治疗。

该研究团队为科学论文由麻省总医院基因与细胞治疗研究所的第一作者 Kaiyi Jiang 和 Chaoqing Yan 以及麻省理工学院的 Matteo Di Bernardo 领导，使用 EVOLVEpro 设计了六种蛋白质。研究人员发现，EVOLVEpro 设计的两种单克隆抗体在粘附目标方面的能力提高了 30 倍。

微型 CRISPR 核酸酶在基因改变方面的效率是其五倍。用于 n 基因编辑的蛋白质称为主编辑器，其将序列插入基因组不同部分的能力是其两倍。一种名为 Bxb1 整合酶的蛋白质在将 DNA 插入细胞以进行可编程基因整合应用方面的效率提高了四倍，而一种用于 RNA 生产的蛋白质（T7 RNA 聚合酶）在精确复制 RNA 方面的效率提高了 100 倍，这对于制造 mRNA 非常重要用于 mRNA 疗法或疫苗。

“我们预计这只是 EVOLVEpro 的开始，它将随着时间的推移不断改进，并可用于各种蛋白质工程应用，”Jiang 说。“这项技术标志着一个新时代的开始，我们不仅可以设计蛋白质来匹配大自然的设计，还可以解决大自然从未面临的挑战——从创造更精确的药物到开发有助于应对气候变化等全球挑战的蛋白质和粮食安全。”

提供者：麻省布里格姆将军