1958年F.H.C. 克里克提出了生物學(xué)中重要的中心法則，DNA->RNA->蛋白質(zhì)，中心法則說明，DNA可以轉(zhuǎn)錄形成RNA，RNA再翻譯成一個個氨基酸，最后組合形成蛋白質(zhì)。FwY28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

通過中心法則不難看出，如果把DNA比喻為進行工業(yè)生產(chǎn)的設(shè)計藍圖，那么蛋白質(zhì)就像實現(xiàn)這個藍圖的工具，所以說蛋白質(zhì)是一切生命活動的基礎(chǔ)，它幾乎參與了所有的生物學(xué)過程，如遺傳、發(fā)育、繁殖等等。對蛋白質(zhì)進行深入地研究，能讓我們從更深層次詮釋生命體的構(gòu)成和運作變化規(guī)律，進而全面揭示生命運行、發(fā)展的機制，激發(fā)生物科學(xué)、藥物研發(fā)、合成生物學(xué)、酶科學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展。FwY28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

因探究生物體內(nèi)各種蛋白質(zhì)的功能及其機制等是目前蛋白質(zhì)研究的主要內(nèi)容，同時也是后基因組時代生命科學(xué)領(lǐng)域的主要研究熱點之一。蛋白質(zhì)的功能很大程度上取決于蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，因此如何破解蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)成為了科學(xué)家研究的重點。FwY28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

AlphaFold2的誕生FwY28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

近些年來，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，深度學(xué)習(xí)等相關(guān)技術(shù)也被應(yīng)用在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測領(lǐng)域。2018年的CASP 13(國際權(quán)威的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測競賽，每2年舉辦一次)上，谷歌DeepMind團隊的AlphaFold拿下了70多分，打敗眾多研究團隊，取得人工組第一，在該領(lǐng)域取得了里程碑式的進展。在2020年的CASP 14上，谷歌DeepMind團隊的AlphaFold2以驚人的92.4分登頂?shù)谝籟1]，這一結(jié)果也被認為是基本解決了“困擾了生物學(xué)家50年”的問題，獲得重大突破。92.4分，指的是對競賽目標(biāo)蛋白的預(yù)測精度GDT_TS分數(shù)達到92.4，一般認為該分數(shù)超過90分，基本可以替代實驗方式啦，這也意味著AlphaFold2預(yù)測的結(jié)果與實驗得到的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基本一致。FwY28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

2021年7月15日， DeepMind團隊在國際頂級期刊《Nature》上發(fā)表論文，詳細描述了AlphaFold2的設(shè)計思路，并提供了可供運行的基于JAX的模型和代碼[2]。考慮到JAX受眾偏向?qū)I(yè)的AI科學(xué)計算研究人員，且飛槳社區(qū)尚沒有蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測相關(guān)的開源項目，百度螺旋槳PaddleHelix生物計算團隊，基于飛槳深度學(xué)習(xí)框架，復(fù)現(xiàn)了AlphaFold2模型，提供給廣大飛槳開發(fā)者使用，幫助大家快速入門蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測。FwY28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

https://github.com/PaddlePaddle/PaddleHelix/tree/dev/apps/paddlefoldFwY28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

AlphaFold2算法的設(shè)計思路FwY28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

AlphaFold2通過獨特的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和訓(xùn)練過程設(shè)計，第一次端到端地學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。整個算法框架通過協(xié)同學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)的多序列比對(MSA)和氨基酸對(pairwise)的表征，將蛋白質(zhì)序列的進化信息、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的物理和幾何約束信息結(jié)合到深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)中。我們將從數(shù)據(jù)預(yù)處理、Evoformer和Structure Module三個模塊分析AlphaFold2算法的設(shè)計思想。FwY28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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近期開發(fā)計劃FwY28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

AlphaFold2雖然在單體蛋白上表現(xiàn)優(yōu)異，但對復(fù)合體，預(yù)測的準(zhǔn)確度還有待提升。為此，DeepMind團隊上線了AlphaFold-Multimer模型，一款針對復(fù)合物進行重新訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，希望能發(fā)動飛槳社區(qū)開發(fā)者們的積極性，一起開發(fā)優(yōu)化基于AlphaFold-Multimer的模型，之后也開源貢獻到飛槳平臺，讓更廣大的生信領(lǐng)域研究者們使用基于飛槳框架完全自主可控的蛋白結(jié)構(gòu)預(yù)測模型。FwY28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

本文來源于飛槳PaddlePaddleFwY28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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