雲栖号資訊：【 點選檢視更多行業資訊】
在這裡您可以找到不同行業的第一手的上雲資訊，還在等什麼，快來！
蛋白質在生命中的重要作用不言而喻，它是生命的基石。而我們機體内合成蛋白質的過程也是相當複雜，不僅涉及到氨基酸活化等一系列過程，還受體内各種生化物質的調控。此外，蛋白質複雜的三維折疊結構，讓想要人工合成蛋白質的科學家們也望而卻步。
當地時間 3 月 17 日，麻省理工學院科學家們給帶來了一個新成果，他們通過将蛋白質的複雜結構轉化成樂譜，随後給予電腦一個種子序列，人工智能系統就能設計出一種自然界中從未見過的 “全新” 蛋白質。
他們發現這個 “全新” 蛋白質不僅具有折疊結構，而且比較穩定。此外，這種 “全新” 蛋白在自然界中從未發現。可以說，該研究為制造蛋白質提供了一種獨特的方法。該研究成果發表在 APL Bioengineering 中。
該研究作者，麻省理工學院的 Markus J. Buehler 表示，這樣一種方法為制造全新的生物材料鋪平了道路。比如人們在自然界中發現了一種蛋白酶，就可以通過這種方法改進催化效率或産生新的蛋白變異。
衆所周知，氨基酸是構成蛋白質的基本機關，要想人工制造出蛋白質，要麼模仿現有的蛋白質，要麼手工編輯組成蛋白質的氨基酸序列，但是這兩個過程都十分耗時，而且改變氨基酸序列後對整個蛋白質結構和功能會産生什麼影響，也很難預測。
“蛋白質一定有它自己的語言。” Buehler 說。鑒于此，該團隊嘗試将蛋白質語言翻譯成人們更容易了解的另一種形式 - 音樂，與音樂一樣，蛋白質的結構也是分層的，在不同的長度或時間尺度上有不同的結構層次。
鑒于構成蛋白質的 20 種氨基酸，都有一個獨特的振動頻率（量子化學理論計算），是以整個蛋白質的化學結構能夠通過音樂理論中的音符、音量、旋律和節奏來描述。
該團隊已于去年 6 月份成功開發出一套可以将蛋白質分子結構轉化為聲音的系統，該研究當時發表在 ACS Nano 雜志。
該系統能夠将自然界 20 種氨基酸轉換成 20 個音調的音節，也就是說，構成任何一種蛋白質的氨基酸序列都能轉換成一串音符。而蛋白質複雜的結構和功能資訊也就編碼在一段旋律的音調、音量和持續時間等次元中。
通過音樂來設計由氨基酸組成的蛋白質
然後，研究人員使用人工智能系統來研究多種不同蛋白質産生的旋律，他們讓人工智能系統在音樂序列中引入微小的變化，随後将聲音翻譯回相對應的氨基酸序列。在生成蛋白的過程中，不同音樂的變化可通過控制溫度參數來實作。
通過這個過程，研究人員能夠創造出現有蛋白質的變體，例如基于在自然界最強材料之一的蜘蛛絲中發現的一種蛋白質，來制造出不同于任何生物進化産生的更強大的蛋白質。
而在今天發表的這項研究中，研究人員使用蛋白質折疊方式産生的特定聲音來訓練人工智能系統，當系統學會了解折疊蛋白的複雜語言後，他們給予系統一個種子序列，随後人工智能系統根據這個初始序列推斷并設計出一種 “全新” 蛋白。
那麼這個 “全新” 的蛋白是否存在與自然界中，是我們認識的已知蛋白質呢？
該研究團隊通過将這個 “全新” 蛋白與所有目前已知蛋白資訊的大型資料庫進行比較，并使用普通模式分析其分子動力學和特征，最終證明通過人工智能設計的 “全新” 蛋白在自然界中尚未發現，而且這種 “全新” 蛋白質具有穩定的折疊結構。
此外，研究人員發現，通過闡明蛋白質的節奏和音調，也有助于在古典音樂中創造新的作曲技巧，這個方法被 Buehler 稱為 materiomusic。他表示，“在蛋白質數成千上萬的進化過程中，自然界也給我們提供了聲音如何組合的新思路”。
大家也可以一起聽一下研究人員合成的一些蛋白質音樂：
https://soundcloud.com/user-275864738參考資料：
https://www.eurekalert.org/emb_releases/2020-03/aiop-cnp031220.php https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.5133026【雲栖号線上課堂】每天都有産品技術專家分享！
課程位址：
https://yqh.aliyun.com/zhibo立即加入社群，與專家面對面，及時了解課程最新動态！
【雲栖号線上課堂 社群】
https://c.tb.cn/F3.Z8gvnK
原文釋出時間：2020-03-18
本文作者： 學術君
本文來自：“
學術頭條公衆号”，了解相關資訊可以關注“
學術頭條”