Nat Methods：盘算神经收集驱动下一代“卵白质猜测技巧”的出生

2019年10月23日 讯 /100医药网BIOON/ --不断以来，分解生物学家不断试图经过改动天然界中存在的卵白质，甚至是从头分解卵白质，将其退化的门路控制在本人手中。经过人工构建分歧类型的卵白，可以设计药物，感测生物旌旗灯号，以及临盆低价值化学品，等等。

为了设计卵白质，迷信家们应用了两种判然不同的办法。其一，在“定向退化”中，经过随机改动编码自然卵白质的氨基酸残基的一级序列，并挑选具有所需活性的变体。其二，经过“合理设计”，即依据其实践3D构造对卵白质停止建模，以辨认能够影响卵白质功效的氨基酸。但是，“定向退化”战略只能笼罩全部卵白质序列库的很小一部门，而“合理设计”战略则依附于卵白质3D构造的解析，这也是非常艰苦的部门。

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现在，由哈佛年夜学George Church博士引导的研讨团队创立了第三种工程化卵白质的办法，该办法应用深度进修直接从其氨基酸序列中提取卵白质的根本特点，而无需其他信息。该办法可稳健地猜测自然的，以及从头设计的卵白质的功效，并将盘算机法式取代费时辛苦的人力试验，与现无方法比拟，该新办法可将本钱下降两个数目级之多。相干成果揭橥在《nature methods》杂志上。

文章作者之一Surojit Biswas说：“卵白质设计进程须要经过普遍懂得卵白质的特点以懂得其设计道理。我们经过神经收集在公共数据库中零碎地寻觅年夜量原始卵白质序列中的形式，而且以一种无成见的方法进修这些规矩。经过神经收集许的研讨，我们不只学到了很多以前已知的规矩，除此之外，还发明了卵白质的很多新功效。”

研讨人员将这种新型的卵白质设计准绳定名为“同一表现”（UniRep）。它可以比方为进修一种说话，在这种说话中，进修者可以对由字母和单词的字符串组成的庞杂句子树立语义懂得。在卵白质说话中，UniRep经由学习，可以摸索公共数据库中包括的卵白质序列中的一切能够性，从而从其第一个氨基酸开端猜测卵白质序列中的下一个氨基酸。主要的是，在持续处置卵白质的其他部门（一次一个氨基酸）的同时，UniRep制造并应用了以后发掘获得的卵白质序列的外部“摘要”。再加上对个体次序和构造特点的思索，最初将这些信息以及其它卵白质的成果反应算法自己，UniRep可以逐步优化对“摘要”部门的懂得，从而跟着工夫的推移进步了其猜测才能。

“我们对UniRep停止了年夜约3周的约2400万种卵白质序列“学习”，以使其可以猜测序列及其与诸如卵白质波动性，二级构造以及外部序列对卵白质内四周溶剂的可及性之类的特征之间的接洽，”文章作者之一Grigory Khimuly说道“ UniRep精确地描绘了来自多种分歧类型的卵白质家族的特点。”

该团队将UniRep进一步优化，将其用作猜测单个氨基酸代替若何影响卵白质功效的对象。该神经收集以多种生物学功效（包含酶催化，DNA联合，分子传感）靠得住地量化了8种分歧卵白质中单个氨基酸渐变的影响。此外，他们应用GFP作为模子，并应用UniRep剖析该卵白的64,800个变异体，每个变异体各自带有1-12个渐变。

Church博士说：“与其他战略比拟，我们的数据驱动办法在猜测卵白质的多种特征方面到达了最先辈的功能，这将使它成为卵白质工程师真正可以应用的下一代对象。”（100医药网100yiyao.com）

资讯出处：

原始出处：Ethan C. Alley, Grigory Khimulya, Surojit Biswas, Mohammed AlQuraishi, George M. Church. Nature Methods, 2019; DOI: 10.1038/s41592-019-0598-1