AlphaFold3来了!全面预测蛋白质与所有生命分子相互作用及结构，引领药物研发新革命

来源：生物世界 2024-05-09 11:15

AlphaFold3能够通过对药物分子（例如与蛋白质结合的配体和抗体）的预测，为药物设计赋能，从而改变人类健康和疾病过程中蛋白质的相互作用方式。

了解我们体内的生物分子世界，以及我们细胞内复杂的分子网络如何相互作用，是理解疾病和理性设计药物治疗疾病的关键起点。

2020年，谷歌旗下公司DeepMind推出了基于人工智能（AI）的蛋白质结构预测工具 AlphaFold，2021年7月，DeepMind团队推出了AlphaFold2，其能够根据氨基酸序列来准确预测蛋白质的三维结构。此后，DeepMind团队还推出了AlphaFold-Multimer，用于预测蛋白质-蛋白质复合物的结构和相互作用。不过，扩大单一深度学习模型能预测的复合物范围一直很难，因为不同类型的特异性相互作用差异太大。

鉴于AlphaFold的强大能力，谷歌从DeepMind拆分出了一家名为Isomorphic Labs的新药研发公司，致力于使用人工智能加速药物研发。

2024年5月9日，DeepMind与Isomorphic Labs的研究人员在Nature期刊发表了题为：Accurate structure prediction of biomolecular interactions with AlphaFold 3的研究论文。

该研究推出了AlphaFold3，这是一个强大的结构预测统一框架，涵盖了前所未有的广度和精确度，能够高准确性预测蛋白质与其他各种生物分子相互作用的结构。这一最新模型能预测含有蛋白质数据库（Protein Data Bank）内几乎所有分子类型的复合物的结构，包括配体（小分子）、蛋白质、核酸（DNA和RNA）如何聚集在一起并相互作用，以及预测翻译后修饰和离子对这些分子系统的结构影响，从而帮助我们在原子水平上精确地观察生物分子系统的结构。

这种用计算机解析蛋白质与其他分子复杂相互作用的能力，有助于为疾病通路、基因组学、治疗靶点、蛋白质工程及合成生物学等领域带来新见解。更重要的是，AlphaFold3为药物研发开辟了令人兴奋的可能性，有望颠覆当前的药物研发模式。

研究团队希望AlphaFold3能够帮助我们重新认识生物世界、重新思考药物发现。值得一提的是，科研工作者可以免费使用AlphaFold3的大部分功能。为了进一步挖掘AlphaFold3在药物开发和设计方面的潜力，Isomorphic Labs已经与制药公司合作，将它应用于现实世界的挑战，最终开发出治疗人类最致命疾病的新疗法。

在每一种植物、动物和人类细胞内部都有数十亿计的分子机器。它们由蛋白质、DNA及其他分子组成，只有通过观察它们在这无数种组合中的相互作用，我们才能开始真正理解生命过程。

AlphaFold2的出现，引发了蛋白质结构及其相互作用建模领域的一场革命，为蛋白质建模和设计应用提供了广泛的可能。

AlphaFold3是如何揭示生命分子的？

该研究在AlphaFold2的基础上推出了AlphaFold3，能够以前所未有的准确度预测所有生命分子的结构和相互作用（包括蛋白质、核酸、小分子、离子）。在蛋白质-配体相互作用方面的预测精度远高于当前最先进的分子对接工具，在蛋白质-核酸相互作用方面的预测精度远高于专门针对核酸的预测工具，在抗体-抗原相互作用方面的预测精度也显著高于AlphaFold-Multimer v2。

AlphaFold3的强大功能源于其新一代的架构和训练，涵盖了生命中所有分子。AlphaFold3的核心是一个改进版的Evoformer模块（一种蛋白质语言模型），在处理输入后，AlphaFold 3使用扩散（diffusion）网络进行预测（类似于AI绘图或ChatGPT生成文字），扩散过程从一团原子云开始，经过许多步骤后，最终生成最准确的分子结构。其对分子相互作用的预测准确度超过了所有已有的系统。

引领药物研发新革命

AlphaFold3能够通过对药物分子（例如与蛋白质结合的配体和抗体）的预测，为药物设计赋能，从而改变人类健康和疾病过程中蛋白质的相互作用方式。

AlphaFold3在预测药物相互作用方面达到了前所未有的准确度，包括蛋白质与配体的结合以及抗体与靶蛋白的结合。AlphaFold3在不使用任何结构信息的情况下，比最好的传统方法在PoseBusters基准测试中的准确率提高了50%，这使得AlphaFold3成为第一个在生物分子结构预测方面超越基于物理学工具的AI系统。而预测抗体-蛋白质结合的能力对于理解人类反应的各个方面以及设计新型抗体药物至关重要。

Isomorphic Labs正在使用AlphaFold3以及一系列自主研发的AI模型，为内部项目以及与制药公司合作进行药物研发。AlphaFold3能够在几秒钟内生成高度精确的结构预测，为药物研发人员提供了快速准确预测从未被表征的复杂结构的能力，从而大大加速药物研发进程。

Isomorphic Labs在日常工作中使用AlphaFold3并发现：

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