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新智元報(bào)道
編輯:艾倫
【新智元導(dǎo)讀】困擾科學(xué)家整整十年的「精卵結(jié)合」分子機(jī)制,被AlphaFold在短短幾分鐘內(nèi)精準(zhǔn)預(yù)測(cè),這僅僅是它過(guò)去五年重寫生物學(xué)版圖的一個(gè)縮影。從開源代碼到擁有2.4億結(jié)構(gòu)的免費(fèi)數(shù)據(jù)庫(kù),它讓全球190個(gè)國(guó)家的330萬(wàn)研究者站在了同一起跑線,被譽(yù)為結(jié)構(gòu)生物學(xué)的「第二次降臨」。
Nature近期發(fā)布的最新文章,盤點(diǎn)了谷歌DeepMind的AlphaFold誕生五年來(lái),取得的一系列重大科研突破。
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與此同時(shí),谷歌DeepMind也將紀(jì)錄片《思維游戲》(The Thinking Game)發(fā)布在YouTube。
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DeepMind官推
紀(jì)錄片《思維游戲》第一部分
紀(jì)錄片《思維游戲》第二部分
這是一個(gè)關(guān)于等待與頓悟的故事,也是生物學(xué)在過(guò)去五年經(jīng)歷的縮影。
尋找那把丟失的鑰匙
在維也納分子病理學(xué)研究所,生化學(xué)家安德烈婭·保利(Andrea Pauli)曾陷入長(zhǎng)達(dá)十年的困惑。
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為了搞清楚精子和卵子究竟是如何「相遇」的,她在2018年就在斑馬魚的卵子表面發(fā)現(xiàn)了一種至關(guān)重要的蛋白質(zhì),她給它起名叫「Bouncer」(保鏢)。
這個(gè)名字很形象,因?yàn)槿绻麤](méi)有它,受精過(guò)程根本不會(huì)發(fā)生。
但問(wèn)題在于,這位「保鏢」到底是如何識(shí)別并放行精子的?
保利的團(tuán)隊(duì)和世界各地的同行們苦苦思索,試圖在顯微鏡下通過(guò)無(wú)數(shù)次生化實(shí)驗(yàn)解開這個(gè)分子層面的「握手」機(jī)制,卻始終找不到那把鑰匙。
直到2020年11月,一場(chǎng)海嘯從倫敦的DeepMind實(shí)驗(yàn)室呼嘯而來(lái)。
AlphaFold 2橫空出世。
這個(gè)AI系統(tǒng)以驚人的精度預(yù)測(cè)出了蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)。
那一刻,原本模糊的微觀世界突然變得清晰可見。
對(duì)于保利來(lái)說(shuō),這就像是在黑暗的房間里突然開了一盞燈:AlphaFold迅速預(yù)測(cè)出了一種名為Tmem81的精子蛋白結(jié)構(gòu),它能與另外兩個(gè)蛋白形成復(fù)合物,恰好構(gòu)建出一個(gè)完美的「口袋」,讓「Bouncer」得以嵌入結(jié)合。
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Tmem81的AlphaFold模型
困擾人類十年的生殖謎題,被AI在幾分鐘內(nèi)破解了。
實(shí)驗(yàn)隨后驗(yàn)證了這一切。
如今,保利感慨道:「它加速了所有的發(fā)現(xiàn)。現(xiàn)在我們每一個(gè)項(xiàng)目都在用它。」
結(jié)構(gòu)生物學(xué)的「第二次降臨」
這一幕,只是AlphaFold五周歲生日之際,全球無(wú)數(shù)實(shí)驗(yàn)室里的一個(gè)縮影。
把日歷翻回五年前的那個(gè)深秋,當(dāng)DeepMind揭開AlphaFold 2的面紗時(shí),科學(xué)界感受到的是巨大的沖擊。
如果說(shuō)2018年的第一代版本還只是「令人感興趣」,那么第二代版本則直接展現(xiàn)了「統(tǒng)治力」。
它生成的3D模型在許多情況下已經(jīng)與耗資昂貴的實(shí)驗(yàn)圖譜難以區(qū)分。
歐洲生物信息學(xué)研究所(EMBL-EBI)的生物信息學(xué)家珍妮特·桑頓(Janet Thornton)用了一個(gè)極具宗教色彩的比喻來(lái)形容這場(chǎng)變革:「擁有了預(yù)測(cè)萬(wàn)物的模型,其影響是巨大的。這就像是結(jié)構(gòu)生物學(xué)的“第二次降臨”(Second Coming)。」
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這一變革的烈度,量化在數(shù)據(jù)里是驚人的。
自2021年關(guān)于AlphaFold 2的論文在《自然》雜志發(fā)表以來(lái),短短幾年間,它已被引用了近4萬(wàn)次。
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與許多在熱點(diǎn)過(guò)去后關(guān)注度就斷崖式下跌的研究不同,AlphaFold的熱度曲線是一條昂揚(yáng)向上的直線。
更重要的是,DeepMind做出了一個(gè)決定:他們將其代碼開源,并與EMBL-EBI合作建立了數(shù)據(jù)庫(kù)。
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這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)如今像是一個(gè)不斷膨脹的宇宙,包含了超過(guò)2.4億個(gè)預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu),幾乎囊括了人類已知的所有蛋白質(zhì)。
全球190個(gè)國(guó)家的330萬(wàn)名研究人員涌入這里,其中超過(guò)100萬(wàn)用戶來(lái)自中國(guó)、印度等中低收入國(guó)家。
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這不僅是技術(shù)的勝利,更是科學(xué)平權(quán)的勝利——無(wú)論是在哈佛的頂級(jí)實(shí)驗(yàn)室,還是在發(fā)展中國(guó)家的大學(xué)宿舍,只要有一根網(wǎng)線,你就能看見生命的精密藍(lán)圖。
從預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)到重塑科學(xué)
2024年,AlphaFold的締造者德米斯·哈薩比斯(Demis Hassabis)約翰·詹珀(John Jumper)分享了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的一半殊榮。
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這對(duì)于一個(gè)誕生僅五年的工具來(lái)說(shuō),幾乎是光速的認(rèn)可。
但詹珀本人關(guān)注的卻是另一個(gè)問(wèn)題。
看著像保利這樣的科學(xué)家利用AlphaFold做出的突破,他不僅感到驕傲,更在好奇:「什么時(shí)候會(huì)有人因?yàn)椤甘褂谩笰lphaFold而贏得那些大獎(jiǎng)呢?」
這絕非隨口說(shuō)出的空話。
一份由DeepMind資助的研究發(fā)現(xiàn),使用AlphaFold的研究人員向PDB(蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù))提交的實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)數(shù)量,比未使用該工具的同行多出了約50%。
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這揭示了一個(gè)現(xiàn)象:AI并沒(méi)有像某些人擔(dān)心的那樣「取代」實(shí)驗(yàn)學(xué)家,反而在「反哺」他們。
那些通過(guò)X射線晶體學(xué)或冷凍電鏡得到的模糊原始數(shù)據(jù),因?yàn)橛辛薃I預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的輔助,變得更容易解讀。
詹珀說(shuō):「我喜歡這種感覺(jué),它幫助了那些最初為我們提供數(shù)據(jù)的人。」
這形成了一個(gè)完美的閉環(huán):人類的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)訓(xùn)練了AI,AI反過(guò)來(lái)幫助人類看清實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),進(jìn)而產(chǎn)生更多的數(shù)據(jù)。
在這場(chǎng)循環(huán)中,科學(xué)發(fā)現(xiàn)的齒輪被按下了快進(jìn)鍵。
五年過(guò)去,AlphaFold已經(jīng)不再是一個(gè)單純的新聞熱詞,它變成了像移液槍、顯微鏡一樣的科研「基建」。
它悄無(wú)聲息地融入了每一篇論文的致謝里,融入了每一次藥物設(shè)計(jì)的構(gòu)想中,融入了人類對(duì)生命最本質(zhì)奧秘的每一次凝視。
在原子與代碼的交響中,人類終于不再只是在黑暗中摸索生命的形狀,而是點(diǎn)亮了一盞燈,看清了造物主留下的每一行詩(shī)句。
參考資料:
https://www.nature.com/articles/d41586-025-03886-9
https://www.youtube.com/watch?v=d95J8yzvjbQ
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