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美國(guó)研究人員利用人工智能（AI）成功設(shè)計(jì)出超越自然界的新蛋白質(zhì)，為替代傳統(tǒng)的石油或陶瓷等原材料制造出具有特定機(jī)械性能的材料打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。據(jù)最新一期《化學(xué)》雜志發(fā)布的研究論文介紹，這一創(chuàng)新性的機(jī)器學(xué)習(xí)算法已經(jīng)得到了成功應(yīng)用。

麻省理工學(xué)院、IBM沃森AI實(shí)驗(yàn)室和塔夫茨大學(xué)研究人員采用了一種生成模型，其與DALL-E 2等AI系統(tǒng)中使用的機(jī)器學(xué)習(xí)模型架構(gòu)相同，但研究人員調(diào)整了模型架構(gòu)，以預(yù)測(cè)實(shí)現(xiàn)特定結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)的氨基酸序列。

這一模型學(xué)習(xí)控制蛋白質(zhì)形成方式的生化關(guān)系，產(chǎn)生超越自然界的新蛋白質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)獨(dú)特應(yīng)用，例如，該工具開發(fā)的食品涂層可使農(nóng)產(chǎn)品保鮮時(shí)間更長(zhǎng)，同時(shí)保證食用安全。該模型還可在幾天內(nèi)就生成數(shù)百萬種蛋白質(zhì)，為科學(xué)家迅速提供可供探索的新可能。

研究人員此次構(gòu)建了兩個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)模型，以預(yù)測(cè)各種新氨基酸序列，這些氨基酸序列形成滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)的蛋白質(zhì)。一種模型在蛋白質(zhì)的整體結(jié)構(gòu)特性上起作用，另一種模型在氨基酸水平上起作用。兩種模型都通過組合這些氨基酸結(jié)構(gòu)來產(chǎn)生蛋白質(zhì)。

這些模型與預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)折疊的算法相關(guān)聯(lián)，研究人員使用該算法來確定蛋白質(zhì)的3D結(jié)構(gòu)。然后，他們計(jì)算其結(jié)果屬性，并根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范檢查這些屬性。測(cè)試顯示，其與現(xiàn)有氨基酸序列存在部分重疊，在大多數(shù)情況下約有50%—60%，但也有一些全新的序列。相似程度表明，AI生成的許多蛋白質(zhì)是可合成的。

這項(xiàng)研究的成功是應(yīng)用人工智能技術(shù)在材料科學(xué)領(lǐng)域的重要進(jìn)展之一，也將有助于我們更好地適應(yīng)未來的挑戰(zhàn)，比如同步解決環(huán)境保護(hù)和實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展等問題。

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