AI梦见了一个新蛋白的暴风雪。他们中的任何一个实际上有效吗？
科学家使用AI从头开始设计类似栩栩如生的酶
2025-02-13 19:12:26
英文原文
作者：Naddaf, Miryam
使用机器学习工具组合设计的酶结构。信用：山姆·佩洛克（Sam Pellock）
研究人员使用人工智能（AI）来设计可以经历多步反应的全新酶，这是天然酶的关键特征。它们制造的结构加速了对许多生物学和工业过程（包括塑料回收）的四步化学反应。
伊利诺伊大学Urbana-Champaign的合成生物学家Huimin Zhao说，这是酶工程的里程碑。[这表明现在有可能设计具有本土活性的酶，从而使它们实际上有用。
早期使用AI从头开始设计酶的努力取得了有限的成功，通常会在反应的第一步之后产生停滞的酶。在最新研究中，发表在科学2月13日1，研究人员通过结合了几种机器学习方法来克服这一挑战。与以前旨在以类似方式工作的酶相比，新酶在加速反应方面的加速性高60,000倍。
调整酶
较早的努力集中在调整现有酶的结构，以创建新的工作速度或具有不同功能的新酶。但是，这种方法使得难以创建能够进行多步反应的有效酶。
这就像去旧货店买西装一样，这西装可能会非常适合您。西雅图华盛顿大学的蛋白质设计师安娜·劳科（Anna Lauko）说，这就是我们试图以这种方式设计酶的情况。
Lauko和她的同事们希望建立可以经历四步化学反应的酶，称为丝氨酸水解，这涉及在分子之间打破酯键。丝氨酸水解酶是进行这种反应的天然酶，它们参与了许多生物过程，包括消化，代谢脂肪和血液凝结。
研究人员从一个名为rfdiffusion的AI工具开始，他们以前开发了一个程序，旨在从头开始生成新的酶结构2。然后，他们创建了一个称为placer的深神经网络，以通过对酶中原子的位置进行建模及其在反应的每个步骤中结合的分子来改进结构设计。Zou说，该AI像滤波器一样工作：它检查了酶的活性位点 - 与分子相互作用的部分是兼容的，并且适当排列以执行反应的每个步骤。赵说，这是非常创新的。
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摘要
研究人员已经成功设计了能够使用机器学习工具组合的多步反应的新酶，这标志着酶工程的显着进步。这一突破于2月13日发表在科学上，通过结合了几种AI方法来创建酶的酶，这些酶比早期设计的酶高60,000倍，以加速基本化学反应，包括塑料回收和各种生物学过程的酶。该研究强调了AI在从头开始设计高效酶的潜力，克服了与修改现有酶结构相关的挑战。