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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。
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。
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免疫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：
针对AlphaFold3的结构预测设计小分子，有助于设计出能有效结合靶蛋白的分子。
AlphaFold3提高了蛋白-蛋白相互作用结构的准确性，为设计新的治疗模式（如抗体或其他治疗性蛋白质）打开了可能性。
通过观察目标蛋白在完整生物环境中（与其他蛋白质、DNA、RNA或配体的结合）的结构，可以更深入地了解新靶点，有助于开发更有效的临床药物。
科学界可以免费使用
在AlphaFold出现之前，往往需要耗费整个博士生阶段，并花费数十万美元，才能解析一个蛋白质的精确三维结构。而AlphaFold2仅仅用了不到3年时间就已经成功预测了数亿个蛋白质结构，几乎覆盖了地球上所有已知的蛋白质，以当前的结构生物学实验进度，完成这一工作量可能需要耗费十亿年时间。
开启AI赋能的细胞生物学的未来
AlphaFold3将生物世界带入了高清时代，它使科学家们得以观察复杂的细胞系统，包括结构、相互作用和修饰等。这一生命分子的新窗口揭示了它们是如何相互关联的，并有助于理解这些联系如何影响生物功能——例如药物的作用、激素的产生和DNA的修复等过程。
AlphaFold3以及免费开放的AlphaFold Server平台，将通过AI的强大能力赋能科学家加速解决生物学中的开放性问题和新的研究方向。
AlphaFold3还有多大潜力，我们拭目以待...
下图展示了AlphaFold3对蛋白质（蓝色）与DNA双螺旋（粉色）结合的分子复合物的预测，与真实分子结构（灰色）几乎完美匹配。
下图展示了AlphaFold3对RNA修饰蛋白复合物的结构预测，该复合物包含一个蛋白质（蓝色）、一条RNA链（紫色）和两个离子（黄色），预测结果与真实结构（灰色）非常吻合。
下图展示了AlphaFold3对一种分子复合物的结构预测，该复合物包含一种酶蛋白（蓝色）、离子（黄色球体）和单糖（黄色），预测结果与真实结构（灰色）非常吻合。这种酶存在于一种土壤寄生真菌（大丽轮枝菌）中，会损害多种植物，了解这种酶与植物细胞的相互作用有助于研究人员培育更健康、更具抗性的作物。
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