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西湖大學12月8日公布，該校人工智能(AI)講席教授李子青團隊與廈門大學、德睿智藥合作，首創(chuàng)研發(fā)了能夠刻畫蛋白質(zhì)構象變化與親和力預測的AI模型——ProtMD。

這是第一個嘗試解析蛋白質(zhì)動態(tài)構象的人工智能方法，可輔助藥物化學專家更加精準地篩選出高活性小分子，從而加速臨床前藥物研發(fā)。相關研究成果發(fā)表在《尖端科學》期刊。

李子青介紹，此前谷歌旗下公司研發(fā)的“阿爾法折疊2”能夠利用人工智能準確預測蛋白質(zhì)的三維結(jié)構，對結(jié)構生物學、藥物設計乃至整個科學界都產(chǎn)生了巨大影響。但“阿爾法折疊2”只能預測蛋白質(zhì)在一個瞬間的靜態(tài)結(jié)構，尚未能解決蛋白質(zhì)結(jié)構動態(tài)變化的預測。

李子青團隊此次開發(fā)的AI模型，給定藥物分子和靶點蛋白，可預測藥物分子與生物體內(nèi)靶點蛋白質(zhì)結(jié)合(柔性對接)后蛋白質(zhì)結(jié)構的變化過程，推斷藥物與靶標蛋白結(jié)合的穩(wěn)定性，預測藥物功能，從而提升AI藥物設計的精度和效率。

蛋白質(zhì)構象變化軌跡建模(左框)以及模型用于藥物分子親和力預測和配體功效預測(右框)。圖片來源：西湖大學

研究團隊首先從57651個人類蛋白結(jié)構中選取具有代表性的數(shù)十個蛋白質(zhì)結(jié)構對其進行分子動力學模擬，獲取蛋白質(zhì)的空間運動軌跡，建立蛋白質(zhì)動態(tài)構象的模型。在預訓練環(huán)節(jié)，研究團隊要求模型能夠基于上一時刻的蛋白構象預測下一時刻的蛋白構象;同時訓練模型對不同時刻蛋白質(zhì)順序的排序能力，使其能對時序被隨機打亂的蛋白質(zhì)構象進行排序。實驗表明，該AI模型在藥物-蛋白親和力預測任務上，輕量級版本表現(xiàn)已超過現(xiàn)有的最優(yōu)模型。

“預測蛋白質(zhì)結(jié)構的動態(tài)變化，對理解生命過程、研發(fā)新型藥物都有著重要意義?！崩钭忧嗾f，尤其在AI藥物設計中，通過對藥物分子與靶點蛋白結(jié)合后的動態(tài)結(jié)構變化進行預測，評估藥物-靶點結(jié)合親和力和藥物效果，是提高AI藥物篩選準確性和效能的重要思路。

關鍵詞： 藥物設計 蛋白質(zhì)構象 人工智能 蛋白結(jié)合 廈門大學