获诺奖的AI预测蛋白质结构是啥

据福建头条网于2024年10月10日 15时06分20秒发现，获诺奖的AI预测蛋白质结构是啥热点，他们的研究，让我们可以期待每天都有更多的生物之谜被揭示

文 | 王小

10月9日，瑞典皇家科学院宣布，2024年诺贝尔化学奖将颁发给大卫·贝克（David Baker），另一半授予杰米斯·哈萨比斯（Demis Hassabis）和约翰·詹珀（John M.Jumper），以表彰他们对蛋白质科学的开创性贡献。

今年被科学界认可的发现之一是涉及壮观的蛋白质的构建，另一个是关于实现一个50年前的梦想：从氨基酸序列中预测蛋白质结构。诺贝尔化学委员会主席Heiner Linke说：“这两种发现都开辟了巨大的可能性。”

此次获奖的大卫·贝克完成了设计全新蛋白质的非凡壮举，而杰米斯·哈萨比斯和约翰·詹珀开发了一个人工智能（AI）模型，以解决一个50年前的挑战：预测蛋白质的复杂三维结构。

他们的研究，让我们可以期待每天都有更多的生物之谜被揭示。

No.1 三人开启一个新未来

“没有蛋白质，生命就无法存在”，如果说蛋白质结构预测是为了理解自然，那么蛋白质设计就是创造自然了。

瑞典皇家科学院在一份声明中表示，“我们现在可以预测蛋白质结构并设计自己的蛋白质，这给人类带来了巨大的好处。”

正是贝克，在2003年成功从头设计（De novo design）了一种新的蛋白质。

这一奇思妙想来自对生物的深刻思考，蛋白质仅靠20种氨基酸的排列组合，支撑起了整个生物界。既然算法可以从蛋白的序列预测出结构了，那反过来是不是可以通过功能来设计对应的结构，再用逆向算法把结构推导回序列呢？这种方式被科学家称为蛋白质的“从头设计”（De novo design），也就是在没有模板参照的情况下设计出自然界中不存在的蛋白，并完成特定功能。

大卫·贝克团队设计了一个含有93个氨基酸残基的α/β蛋白，具有全新的拓扑结构，能够自动折叠成球状并非常稳定。这个蛋白被命名为Top7，这是人类第一次获得了非自然界来源的全新蛋白质，代表着人类在从头设计蛋白领域迈出了一大步。David Baker也因此被一些媒体称为“上帝之手”。

此后，贝克团队创造了一系列创新蛋白质，这些蛋白质在药品、疫苗、纳米材料和传感器中都有应用。在人工智能预测蛋白结构，大卫·贝克也是其中的重要力量。他开发了著名的Rosetta软件，极大地推动了蛋白质结构预测的进展。

继大卫·贝克之后，杰米斯·哈萨比斯和约翰·詹珀推出的AlphaFold2，不仅带来了基于人工智能的突破，他们的模型还可以预测研究人员确定的近2亿种蛋白质的结构。

2020年11月30日，AlphaFold2在国际蛋白质结构预测竞赛（CASP）中一举夺魁，其预测的蛋白质结构已达到原子精度，可与实验测得的结构相媲美。要知道，多年来，科学家只能通过核磁共振、X射线和冷冻电镜技术来确定蛋白质的结构。他们需要为了一个蛋白质结构反复试验，其间花费了数年时间和巨额费用。2005年，《科学》杂志在创刊125周年之际将预测蛋白质结构列为125个最具挑战性的科学问题之一。因此，AlphaFold的这次胜利被视为解决了50年来生物学领域的一个重大挑战。

AlphaFold数据库就是蛋白质结构的“谷歌搜索”，要认识某个蛋白质结构只需在数据库搜索可立即获得结果，这可以让科学家能够集中精力加快实验研究。现在，AlphaFold2已被全球数百万科学家使用，以解决抗生素耐药性和塑料降解等问题。

No.2 都是工作狂

成立仅一年的AI制药公司Xaira Therapeutics，在2023年吸引到10亿美元的单轮融资，这家公司的联合创始人正是大卫·贝克。他也是美国生化学家、华盛顿大学蛋白质设计研究所所长。

中国科研人员王顺智在接受《中国科学报》采访时回忆称，“我博士后期间熬的夜比读博时候还多！”是因为他有一个疯狂的导师——大卫·贝克。导师每一次重现那种对科研“冲劲儿”时，都令他十分佩服。大卫·贝克是一位 “纯粹科学家”，全身心扑在科研上，一得空就泡在实验室，谈起研究就像打了“鸡血”。

“强将手下无弱兵”，2023年，王顺智以共同第一作者身份在《科学》（Science）发表论文，采用一种人工智能强化学习算法，开发了一款强大的新型蛋白质设计软件。该成果是利用人工智能开展蛋白质科学研究的里程碑。

在大卫·贝克的公司融资时，“天才”哈萨比斯创建的公司——DeepMind已闻名于世界。在少年就以国际象棋成名的哈萨比斯，在剑桥大学主修计算机时，已显示出了其与众不同的观点，他不认同剑桥当时研究人工智能的方法。“他们的研究方式完全关于逻辑的。在我看来，这显然行不通。你永远不可能为它编写足够多的知识。”他曾对媒体说。

34岁时，2010年哈萨比斯与朋友共同创办了DeepMind，向世界证明AI的最好方式是游戏。但DeepMind在一场预测蛋白质如何折叠的竞赛中获胜。

四年后，DeepMind被谷歌以四亿英镑的价格收购，也称为英国最接近马斯克式野心的一个企业。“我一直工作到凌晨四点左右。”哈萨比斯曾在接受媒体采访时说，“有时是四点半，视情况而定。”他一天有两个工作日，如果“第一个工作日”的工作是经营公司，指导700名员工(其中400名博士)，努力保持DeepMind作为世界领先的AI公司的地位，“第二个工作日”就是提醒自己为什么要经营这家公司。这涉及计算机科学、数学，并且要紧跟这些领域的最新前沿。他说：“那是我做研究的时候。”

正是在DeepMind，哈萨比斯的战友约翰·詹珀，带领团队创建了AlphaFold，这是一种人工智能模型，可以根据氨基酸序列高精度预测蛋白质结构。

詹珀出生于美国阿肯色州的一个农场，本科就读于离家不远的私立名校学习理论物理，在芝加哥大学获得博士学位，主要研究方向是使用ML来模拟蛋白质折叠和动力学。

詹珀的一位师弟曾专门写了一篇文章分析詹珀的工作能力：一、深厚的数学、物理学功底；二、足够的蛋白质领域知识；三、高超的编程技能；四、深刻的深度学习理解。这位拥有深厚专业知识和工作经验，善于教学，言谈幽默，工作高效，注重实际效果的人，很自然AlphaFold团队中成为核心和领导。

詹珀的同事常调侃，无论何时给詹珀发邮件，总能得到他迅捷的回复，而有时候，詹珀回复邮件的时间显示为凌晨四五点。

在DeepMind，不止一位同事曾问过詹珀，为何在毕业后不继续学术生涯。他的回答很直接，我存的钱快花完了，我还要养孩子啊。

2024年的诺贝尔奖单项奖金为1100万瑞典克朗，与2023年持平，约合人民币745万元。化学，是诺贝尔奖创立者阿尔弗雷德·诺贝尔自己工作中最重要的学科，他的发明以及他采用的工业工艺都是基于化学知识。