文/陳根

沒有蛋白質(zhì)就沒有生命，這是一點(diǎn)沒說錯(cuò)，任何生命活動(dòng)都離不開蛋白質(zhì)，有些蛋白質(zhì)能逆轉(zhuǎn)罕見疾病，有些蛋白質(zhì)可以修復(fù)受損心臟組織，還有一些蛋白質(zhì)可以治療癌癥。所以在生物醫(yī)藥方面，一直以來，科學(xué)家都想通過改造蛋白質(zhì)或制造蛋白質(zhì)來實(shí)現(xiàn)一些疾病的治療。

但顯然，這并不是一件容易的事，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)是由氨基酸按一定順序結(jié)合形成的多肽鏈，它們以無數(shù)方式折疊成各種獨(dú)特的三維形狀，蛋白質(zhì)的三維形狀決定其在人體內(nèi)的功能。一個(gè)只有100個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)，已經(jīng)是一個(gè)非常小的蛋白質(zhì)了，但就是這么小的蛋白質(zhì)，可以產(chǎn)生的可能形狀的種類依然是一個(gè)天文數(shù)字，這就讓改造或者制造蛋白質(zhì)變得非常非常困難。

不過，自從人工智能加入之后，人類改造蛋白質(zhì)的速度已經(jīng)明顯加快。在改造蛋白質(zhì)方面，人類科學(xué)家可能耗費(fèi) 6-12 個(gè)月才能完成的任務(wù)，人工智能只需要幾周時(shí)間，且無需人類干預(yù)、反饋或主觀判斷。

最近，威斯康星大學(xué)麥迪遜分校（University of Wisconsin–Madison）的研究團(tuán)隊(duì)就研發(fā)出了一個(gè)能對蛋白質(zhì)進(jìn)行工程改造的、由 AI 驅(qū)動(dòng)的全自動(dòng)機(jī)器人——SAMPLE。

SAMPLE可以學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)序列與功能之間的關(guān)系，設(shè)計(jì)新的蛋白質(zhì)，并將這些蛋白質(zhì)發(fā)送到一個(gè)完全自動(dòng)化的機(jī)器人系統(tǒng)中，該系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)性地測試所設(shè)計(jì)的蛋白質(zhì)，并提供反饋，從而提高 AI 智能體對系統(tǒng)的理解。

為了測試這個(gè)系統(tǒng)，研究人員使用 4 個(gè) SAMPLE 智能體分別改造出了耐熱性更好的糖苷水解酶。結(jié)果顯示，每個(gè) SAMPLE 智能體最終都能發(fā)現(xiàn)熱穩(wěn)定性更好的酶，比最初的起始序列至少穩(wěn)定 12°C。

研究團(tuán)隊(duì)表示，SAMPLE 是一個(gè)通用的蛋白質(zhì)工程平臺(tái)，可廣泛應(yīng)用于生物工程和合成生物學(xué)領(lǐng)域。盡管目前研究人員只是展示了這個(gè)系統(tǒng)在熱穩(wěn)定性工程中的表現(xiàn)，但同樣的方法也可用于改造酶的活性、特異性，甚至創(chuàng)造自然界中未曾有過的化學(xué)反應(yīng)。

從研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，到改造蛋白質(zhì)，再到創(chuàng)造蛋白質(zhì)，人工智能已經(jīng)完全改變了我們?nèi)绾卫斫馍�命運(yùn)作的方式，也大大加快了我們對生命和疾病研究。這也讓人類看到人工智能無限的潛力，比如開發(fā)能夠用于各種疾病的新的藥物和治療方法，設(shè)計(jì)或改造未來能夠抵抗氣候變化的農(nóng)作物，創(chuàng)造能夠消化塑料的酵素等等。

在這樣的基礎(chǔ)上，如果我們再把人工智能和量子計(jì)算結(jié)合，我們?nèi)祟惥蛯⒄嬲�走出制藥的迷霧，創(chuàng)造出我們想創(chuàng)造的一切生物化合物。

       原文標(biāo)題 : 陳根：制造蛋白質(zhì)，人類已經(jīng)輸了