如何提升蛋白质结构预测精度

目前各功能模块正持续完善与升级。除蛋白质结构预测外，平台还上线了分子生成模块。AI 驱动的分子生成模型是辅助小分子药物设计的重要工具之一，不仅能加速药物发现流程，还能启发药化专家跳出现有的分子库，探索更大的化合物空间。该模块还整合了 ADMET 属性预测功能，可对生成的新分子实时进行属性筛选。

　　此外，平台的逆合成算法也已取得了一定进展，计划于明年上线。其它小分子和大分子药物发现功能模块也将逐步上线。

　　除药物研发以外，腾讯 AI Lab 也在影像筛查、病理诊断等多个医疗领域持续探索，不断拓展和深化研究与应用。

　　在 AI 助力医疗技术方面，实验室联合多家合作单位研发了中国首款智能显微镜，帮助医生提高工作效率。2020 年 10 月，在免疫组化样本（IHC）分析的基础上，智能显微镜新增了针对宫颈液基细胞（TCT）标本进行临床样本的显微图像进行观察、筛选、标记功能，并已获得国家药监局审批证书。
 

为了解决这一难题，腾讯 AI Lab 科研团队采用了难度更高的“从头折叠”（de novo folding）方法来预测 SRD5A2 蛋白的三维结构，并将其用于“分子置换”（molecular replacement, MR）的初始构型来解析晶体数据。

　　所谓“从头折叠”，是相对于“模板建模”的一种蛋白质结构预测方法。“模板建模”是目前最普遍的蛋白结构预测手段，但有一个使用前提——人类已知的蛋白结构数据库（即 PDB）当中，必须存在和预测的蛋白相似的结构，否则就无法使用。而腾讯 AI Lab 采用的“从头折叠”方法则跳出了这个限制，可以不依赖于模板来预测蛋白结构。

　　但此前，通过“从头折叠”方法预测的蛋白质结构精度不高，难以满足晶体数据解析的精度需要。而在腾讯 tFold 工具加持下得到的高精度“从头折叠”的结构模型，为分子置换方法提供相位，继而解析确定 2.8? 原子级别精度的 SRD5A2 晶体结构。

　　这一结果能直接推进我们对体内 SRD5A2 活性失调引发的各类疾病的理解，进而为基于 SRD5A2 结构的药物开发提供更多有价值的参考信息。

　　《Nature Communications》的一位评审对此创新方法给予了高度评价：“作者能用预测的分子置换（MR）模型来确定晶体结构，这一点非常有趣。本评审认为该技术确实非常出色，整个X射线晶体学界将从该方法中受益匪浅。”

　　自研冠军级 tFold 工具突破蛋白质结构预测精度

　　腾讯 AI Lab 自研的 tFold 工具正是破解 SRD5A2 蛋白结构这一重要难题的关键。为了提升“从头折叠”方法（又称“自由建模”）的精度，tFold 工具通过三项技术创新，实现了蛋白结构预测精度的大幅提升。

　　首先，实验室研发了“多数据来源融合”（multi-source fusion）技术，来挖掘多组多序列联配（multiplesequence alignment, MSA）中的共进化信息。

　　然后，借助 “深度交叉注意力残差网络” （deep cross-attention residual network，DCARN），能极大提高一些重要的蛋白 2D 结构信息（如：残基对距离矩阵）的预测精度。

　　最后，通过一种新颖的“模板辅助自由建模“（Template-based Free Modeling, TBFM）方法，将自由建模（Free Modeling, FM）和模板建模（Template-based Modeling, TBM）生成的 3D 模型中的结构信息加以有效融合，从而大大提高了最终 3D 建模的准确性。

　　在研究方面，tFold 平台已在国际公认最权威的测试平台 CAMEO 上证明其创新价值及有效性。腾讯 AI Lab 于 2020 年初在 CAMEO 平台注册了自动化蛋白结构预测服务器 tFold server，并自 2020 年 6 月起至今一直保持周度（图1）、月度、季度、半年度冠军。tFold server 在一般案例上领先业内权威方法6% 以上，在困难案例上则领先 12% 以上。
 

在接下来的一个小时里，宇航员将留在载人龙飞船舱内，等待国际空间站上的人员检查载人龙飞船的对接是否有任何泄漏情况。然后他们将打开飞船舱门，欢迎来到空间站上的新成员。这四人将加入美国宇航局宇航员凯特·鲁宾斯（Kate Rubins）、俄罗斯宇航员谢尔盖·里兹科夫（Sergey Ryzhikov）和谢尔盖·库德-斯维尔奇科夫（Sergey Kud-Sverchkov）的行列。这三名宇航员自 10 月中旬以来一直在国际空间站工作和生活。

　　Crew-1 任务团队将在国际空间站停留 6 个月的时间，最终在 2021 年春天搭乘载人龙飞船返回地球。未来每六个月就有 4 名宇航员搭乘载人龙飞船进入太空，帮助美国宇航局留人在国际空间站连续工作。事实上，就在 Crew-1 任务团队离开国际空间站之前，另外 4 名宇航员将搭乘另一艘载人龙飞船执行名为 Crew-2 的任务。

　　作为美国宇航局商业宇航员计划的一部分，载人龙飞船就是为每年定期将宇航员送往太空制造的。当时的想法是让私人公司负责制造硬件设备，从而运送 NASA 宇航员往返国际空间站。经过 6 年的努力，SpaceX 公司终于在今年 5 月将第一批宇航员送往国际空间站。这次飞行被认为是一次测试，而最近这次任务才被认为是载人龙飞船的首次正式任务。

　　这不仅是一项巨大的成就，也超越了许多其他关键里程碑的范畴。日本宇航局是美国宇航局的国际合作伙伴之一，而来自日本的野口聪一是第一次乘坐美国私人飞船进入轨道。沃克是第一位乘坐载人龙飞船的女性。虽然此前也有其他黑人宇航员造访国际空间站，但格洛弗的到来使其成为第一位长期驻留国际空间站的黑人宇航员。

　　这也是第一次同时有 7 人在国际空间站上一起生活数月。在过去十年的大部分时间里，美国宇航局不得不依靠俄罗斯的联盟号太空舱将自家宇航员送入空间站，而联盟号太空舱一次只能搭载三名宇航员。这导致国际空间站运行的大多数时间中，最多只有 6 名宇航员同时留在轨道。但是由于载人龙飞船可同时搭载 4 人，现在空间站上又多了一名宇航员，美国宇航局希望这有助于太空中的人们在未来六个月内完成更多工作。

　　如果一切按计划进行，将有更多载人龙飞船飞往轨道。SpaceX 总裁格温?肖特维尔(Gwynne Shotwell)在昨日火箭发射火箭升空后表示，公司在未来 18 个月内将由龙飞船执行大约 7 次任务，其中既有货运任务，也有载人飞行，SpaceX 可以使用同一类型的龙飞船来执行两种不同任务。事实上，SpaceX 公司将在 12 月用龙飞船完成一次货运任务，这意味着不久将有两艘龙飞船与国际空间站同时对接。肖特维尔说:“这次任务代表着更多龙飞船进入轨道，但愿这是人类航天飞行新时代的开始。”

（编辑：济源站长网）

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