Alphafold3——繼續改變世界
前言
近日，谷歌DeepMind和isomorphic labs發(fā)布了令業(yè)界震驚的AI模型——Alphafold3，并介紹了其強大的功能?？怯贜ature期刊上的論文標題明確指出Alphafold3能夠以前所未有的精準預測所有生命分子的結構和相互作用。這意味著(zhù)，獲得蛋白、DNA、RNA、小分子配體等的結構與相互作用數據僅需輕點(diǎn)鼠標即可完成，這將改變人類(lèi)對生物世界和藥物發(fā)現的認知。
地球上的任何一種生命體（動(dòng)物、植物等）的每一顆細胞中都有數以?xún)|計的微小“機器”在辛勤勞作，這些機器就是由蛋白、DNA、RNA等各式各樣的分子組成的，這些機器的正常運轉需要這些分子以多種多樣的方式相互作用。真正的了解這些分子的相互作用，我們才能理解生命的綻放與枯萎，才能更好設計藥物，拯救生命，帶來(lái)新的技術(shù)革新。Alphafold3能夠高精度的在分子層面向我們展示生命體的運作方式，繼Alphafold2后，以更強大的功能，更震撼人心的力量改造世界。
Alphafold3的運行方式
Alphafold3以AlphaFold 2的架構為基礎，通過(guò)大量的訓練程序演變而來(lái)?？梢赃m應更通用的化學(xué)結構，擁有更高效的數據學(xué)習效率。Alphafold3采用了新一代Evoformer模塊，通過(guò)深度學(xué)習算法，能夠預測分子結構與相互作用。
圖1. Alphafold3的運行邏輯
在A(yíng)lphafold3輸入蛋白序列、分子式、共價(jià)結合數據等，Alphafold3能夠輸出這些分子的相互作用結構（圖1）。許多原本需要借助復雜的生物實(shí)驗才能了解到，甚至現有技術(shù)難以揭示的分子相互作用將有可能通過(guò)Alphafold3計算得知。除了許多生物大分子及小分子的相互作用以外，Alphafold3還可以預測蛋白、DNA、RNA的化學(xué)修飾，并揭示這些修飾與疾病的關(guān)系。
Alphafold3預測互作結構案例
圖2展示了Alphafold3預測的人冠狀病毒 OC43 刺突糖蛋白胞外域與 46C12 抗體 Fab 片段的復合結構與電子顯微鏡觀(guān)測的結構高度一致。刺突糖蛋白是冠狀病毒侵染人類(lèi)細胞的關(guān)鍵工具，Alphafold3能夠準確的預測其與人類(lèi)免疫系統分泌的抗體的相互作用，說(shuō)明了Alphafold3在人類(lèi)抗病毒研究中的巨大潛力。無(wú)論是采用X射線(xiàn)晶體衍射還是冷凍電鏡、核磁共振、質(zhì)譜等研究分子互作結構，都可能需要幾個(gè)月甚至幾年的時(shí)間，Alphafold3只需數天或數小時(shí)，甚至數秒鐘。
圖2. Alphafold3預測的復合結構與電子顯微鏡觀(guān)測的結構比對圖。
灰色：人冠狀病毒 OC43 刺突糖蛋白胞外域與 46C12 抗體 Fab 片段的復合結構(PDB：7PNM)；Alphafold3預測的：藍色：人冠狀病毒 OC43的刺突蛋白，綠松石色：抗體，黃色：?jiǎn)翁茿lphafold3的運行邏輯刺突蛋白
Alphafold3還可用于疾病靶點(diǎn)的藥物分子設計（圖3）
圖3. Alphafold3預測的TIM-3與其3#配體的互作結構
參考文獻
Abramson, J., Adler, J., Dunger, J.et al. Accurate structure prediction of biomolecular interactions with AlphaFold?3. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07487-w
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與AlphaFold? 3的生物分子相互作用的精確結構預測.pdf
