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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國(guó)建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國(guó)作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國(guó)家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國(guó)家創(chuàng)新人才高地，率先建成國(guó)家高水平科技智庫，率先建設(shè)國(guó)際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國(guó)科學(xué)院辦院方針

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【中國(guó)科學(xué)報(bào)】深度學(xué)習(xí)助力提高蛋白質(zhì)序列設(shè)計(jì)成功率

2022-07-22 中國(guó)科學(xué)報(bào) 王敏

【字體：大中小】

語音播報(bào)

來自天然蛋白的目標(biāo)結(jié)構(gòu)（天藍(lán)色）與相應(yīng)從頭設(shè)計(jì)蛋白的晶體結(jié)構(gòu)（綠色）疊合圖課題組供圖

　　中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部教授劉海燕、副教授陳泉團(tuán)隊(duì)與信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院教授李厚強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作，開發(fā)了一種基于深度學(xué)習(xí)為給定主鏈結(jié)構(gòu)從頭設(shè)計(jì)氨基酸序列的算法ABACUS-R。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，ABACUS-R的設(shè)計(jì)成功率和設(shè)計(jì)精度超過了原有統(tǒng)計(jì)能量模型ABACUS。相關(guān)成果7月21日發(fā)表于《自然—計(jì)算科學(xué)》。

　　近期有多項(xiàng)研究表明，用深度學(xué)習(xí)進(jìn)行氨基酸序列設(shè)計(jì)，能在天然氨基酸殘基類型恢復(fù)率等計(jì)算指標(biāo)上超過能量函數(shù)方法。但目前已正式發(fā)表的工作中，對(duì)相關(guān)方法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果遠(yuǎn)未達(dá)到能量函數(shù)方法的成功率。

　　據(jù)介紹，利用ABACUS-R進(jìn)行序列設(shè)計(jì)的方法有兩部分。第一部分是一個(gè)多任務(wù)預(yù)訓(xùn)練的編碼—解碼器網(wǎng)絡(luò)，用于對(duì)單個(gè)氨基酸的結(jié)構(gòu)和化學(xué)環(huán)境進(jìn)行隱空間編碼，再解碼為包括中心殘基氨基酸類型在內(nèi)的多種真實(shí)特征；第二部分是把該編碼解碼網(wǎng)絡(luò)迭代應(yīng)用于目標(biāo)主鏈的每個(gè)氨基酸殘基，直到獲得最大程度自洽的全序列。

　　在理論驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)嘗試用實(shí)驗(yàn)表征了ABACUS-R對(duì)3個(gè)天然主鏈結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)的57條序列，其中86%的序列可溶表達(dá)并能折疊為穩(wěn)定單體。實(shí)驗(yàn)解析的5個(gè)高分辨晶體結(jié)構(gòu)與目標(biāo)結(jié)構(gòu)高度一致。與此前報(bào)道的從頭設(shè)計(jì)蛋白相似，ABACUS-R從頭設(shè)計(jì)的蛋白表現(xiàn)出超高熱穩(wěn)定性，去折疊溫度大多可達(dá)100℃以上。

　　總的來說，相較于ABACUS模型，ABACUS-R序列設(shè)計(jì)具有更高的成功率和結(jié)構(gòu)精度，進(jìn)一步增強(qiáng)了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)蛋白質(zhì)從頭設(shè)計(jì)方法的實(shí)用性。ABACUS-R還可用于序列設(shè)計(jì)以外的其他任務(wù)。

　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s43588-022-00273-6

　?。ㄔd于《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 2022-07-22 第1版要聞）

　　來自天然蛋白的目標(biāo)結(jié)構(gòu)（天藍(lán)色）與相應(yīng)從頭設(shè)計(jì)蛋白的晶體結(jié)構(gòu)（綠色）疊合圖課題組供圖
　　中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部教授劉海燕、副教授陳泉團(tuán)隊(duì)與信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院教授李厚強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作，開發(fā)了一種基于深度學(xué)習(xí)為給定主鏈結(jié)構(gòu)從頭設(shè)計(jì)氨基酸序列的算法ABACUS-R。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，ABACUS-R的設(shè)計(jì)成功率和設(shè)計(jì)精度超過了原有統(tǒng)計(jì)能量模型ABACUS。相關(guān)成果7月21日發(fā)表于《自然—計(jì)算科學(xué)》。
　　近期有多項(xiàng)研究表明，用深度學(xué)習(xí)進(jìn)行氨基酸序列設(shè)計(jì)，能在天然氨基酸殘基類型恢復(fù)率等計(jì)算指標(biāo)上超過能量函數(shù)方法。但目前已正式發(fā)表的工作中，對(duì)相關(guān)方法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果遠(yuǎn)未達(dá)到能量函數(shù)方法的成功率。
　　據(jù)介紹，利用ABACUS-R進(jìn)行序列設(shè)計(jì)的方法有兩部分。第一部分是一個(gè)多任務(wù)預(yù)訓(xùn)練的編碼—解碼器網(wǎng)絡(luò)，用于對(duì)單個(gè)氨基酸的結(jié)構(gòu)和化學(xué)環(huán)境進(jìn)行隱空間編碼，再解碼為包括中心殘基氨基酸類型在內(nèi)的多種真實(shí)特征；第二部分是把該編碼解碼網(wǎng)絡(luò)迭代應(yīng)用于目標(biāo)主鏈的每個(gè)氨基酸殘基，直到獲得最大程度自洽的全序列。
　　在理論驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)嘗試用實(shí)驗(yàn)表征了ABACUS-R對(duì)3個(gè)天然主鏈結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)的57條序列，其中86%的序列可溶表達(dá)并能折疊為穩(wěn)定單體。實(shí)驗(yàn)解析的5個(gè)高分辨晶體結(jié)構(gòu)與目標(biāo)結(jié)構(gòu)高度一致。與此前報(bào)道的從頭設(shè)計(jì)蛋白相似，ABACUS-R從頭設(shè)計(jì)的蛋白表現(xiàn)出超高熱穩(wěn)定性，去折疊溫度大多可達(dá)100℃以上。
　　總的來說，相較于ABACUS模型，ABACUS-R序列設(shè)計(jì)具有更高的成功率和結(jié)構(gòu)精度，進(jìn)一步增強(qiáng)了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)蛋白質(zhì)從頭設(shè)計(jì)方法的實(shí)用性。ABACUS-R還可用于序列設(shè)計(jì)以外的其他任務(wù)。
　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s43588-022-00273-6
　　（原載于《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 2022-07-22 第1版要聞）

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