AlphaFold 迭代了！
日前，谷歌 DeepMind 与 Isomorphic Labs 联合在《自然》期刊上发布蛋白质领域最新人工智能模型 AlphaFold 3。在准确预测蛋白质、DNA、RNA 以及配体等生命分子的结构及其相互作用方式等方面，AlphaFold 3 以前所未有的精度预测所有生命分子的结构和相互作用，在蛋白质与其他分子类型的相互作用预测上至少提高了 50%，并在某些关键的相互作用类别上实现了精度翻倍。
AI大模型解析蛋白质与其他分子复杂相互作用的能力，拓展了我们对生物过程的理解，并有望推动药物研发。
谷歌 DeepMind 与 Isomorphic Labs 联合在《自然》期刊上发布AlphaFold 3
解析生命分子奥秘
DeepMind 成名已久，继围棋博弈算法AlphaGo之后，DeepMind将重心转向了基于氨基酸序列的蛋白质结构预测，提出了名为AlphaFold 的深度学习算法，并在国际蛋白质结构预测比赛CASP13（Critical Assessment of ProteinStructure Prediction）中取得了优异的成绩。AlphaFold 的每一次更新迭代，都是对生命分子奥秘的深度探索。AlphaFold 以其惊人的预测能力和准确性，引领了结构生物学的一场革命。
AlphaFold 运用先进的深度学习和神经网络技术，着手研究如何从蛋白质的氨基酸序列预测其三维结构。这一领域长期以来困扰着科学家，因为传统的实验方法如X射线晶体学和核磁共振虽然精确，但耗时且成本高昂。
AlphaFold 2 于2020年正式面世，以其卓越的性能和准确性，迅速成为了全球科研人员的得力助手。目前，AlphaFold 2 的引用次数已超过20,000次，AlphaFold 2 开发者因其杰出的科学影响力荣获多项殊荣，包括最近的生命科学突破奖。
AlphaFold 3 的问世，则不仅推动了对蛋白质的研究，还拓展到更广泛的生物分子领域，这一飞跃可能将开启更多变革性科学的新篇章，从开发生物可再生材料到加速药物设计和基因组学研究等领域都将受益匪浅。它不仅能够预测药物中常用的分子，如配体（ligands）和抗体（antibodies），与蛋白质的结合方式，还能揭示这些分子如何影响人体在健康和疾病状态下的蛋白质相互作用。
报道称，在解析生命分子的奥秘过程中，AlphaFold 3 能根据分子数据生成它们的三维结合结构，展现这些分子如何相互组合。它能模拟包括蛋白质、DNA、RNA 在内的大型生物分子，以及小分子如配体——这类分子包括了多种药物。此外，AlphaFold 3 还能模拟这些分子的化学修饰，这些修饰控制着细胞的正常功能。AlphaFold 3 的强大功能源自其全新的架构和训练方法，已经覆盖了所有生命分子。该模型核心部分是进化形成器（Evoformer）的升级版——这是一个深度学习架构，处理输入数据后，AlphaFold 3 通过扩散网络进行预测组装，这与人工智能图像生成器中使用的网络类似。扩散过程从原子云开始，经过多个步骤，逐渐汇聚形成最终的、最精确的分子结构。
赋能生命药物研发
AlphaFold 系列的成功不仅在于其技术上的卓越性，更在于其广泛的应用前景。在药物研发领域，它帮助科学家加速药物的研发过程。此外，它还为工业界带来更高的效率和经济效益。
AlphaFold 2 的技术，在生命科学领域的应用，让全球数百万科研人员在疟疾疫苗、癌症治疗和酶设计等领域取得显著的进展。
AlphaFold 3 则为大家打开了一个全新的视窗，使科学家能够以前所未有的清晰度洞察细胞系统的复杂性、结构、相互作用和修饰。这一全新的视角揭示了生命分子的内在连接，并有助于理解这些连接如何影响生物功能——比如药物的作用机制、激素的产生以及DNA修复的保健过程。
生命药物研发是一个漫长而复杂的过程，其中最大的挑战之一就是找到能够与特定蛋白质结合并影响其功能的分子。可预见的是，AlphaFold 3 通过预测蛋白质的结构和相互作用，可以帮助科学家们更快地找到潜在的药物靶点，并设计出更加精准和有效的药物分子。这将大大缩短药物研发的时间，降低成本，并有望为患者带来更好的治疗效果。
局限性与新出路
美中不足的是，报道称AlphaFold 3 也有一定的局限性，如约4.4%的结构会出现不正确的手性（chirality violation），或是幻觉导致“飘带”（一种常见的蛋白质二级结构元素）的出现减少。AlphaFold 3 模拟准确率的进一步提升，需要生成一个很大的预测集并对预测结构进行排序，而这会产生额外的计算成本。
同时，生命药物的药效发挥是复杂的系统研究，注重生物信息学和计算生物学等“干实验”，同样注重细胞、动物生物学和组学等“湿实验”。AlphaFold 固然是能极大地推动生命药物研发的研发进程，但成功的生物药研究一定是“干实验”与“湿实验”的紧密结合。
抗体药物研发“干实验”与“湿实验”的紧密结合
大湾生物致力于将人工智能平台应用于推动生物工艺技术革新，即将推出生物大分子设计和优化平台（AlfaDAX），将人工智能大模型与抗体药物的评估与优化深度结合，“人源化-亲和力-成药性”实现了一体化评估和改造。目前，已有项目通过此平台将抗体药物亲和力提升2000多倍。“干实验”与“湿实验”的紧密结合有效推进抗体药物研发的发展进程。
大湾生物生物大分子设计和优化平台AlfaDAX
