人工智能召唤出加速化学反应的蛋白质

科学家们首次使用机器学习来创造全新的酶，这些酶是加速化学反应的蛋白质。这是蛋白质设计领域的重要一步，因为新酶可以在医学和工业制造中有许多用途。

“生物体是杰出的化学家。它们不依赖有毒化合物或极端高温，而是使用酶在温和的条件下分解或建立所需的任何东西。新的酶可以使可再生化学品和生物燃料触手可及，“资深作者、华盛顿大学医学院生物化学教授、2021 年生命科学突破奖获得者大卫贝克说。

正如22月<>日发表在《自然》杂志上的那样，威斯康星大学医学蛋白质设计研究所的一个团队设计了机器学习算法，可以产生称为荧光素酶的发光酶。实验室测试证实，新酶可以识别特定的化学物质并非常有效地发光。该项目由贝克实验室的两位博士后学者Andy Hsien-Wei Yeh和Christoffer Norn领导。

Nature的论文题为“使用深度学习对荧光素酶的从头设计”。

为了创造新的荧光素酶，研究小组首先选择了称为荧光素的化学物质，他们希望蛋白质起作用。然后，他们使用软件生成数千种可能的蛋白质结构，这些结构可能与这些化学物质发生反应。

在实验室测试期间，研究人员发现了一种有效的酶，称为LuxSit(让有光)。酶进行了所需的化学反应。酶的改进导致性能的显着改善。一种被称为LuxSit-i的优化酶产生了足够的光，肉眼可见。它被发现比在发光的海三色堇雷尼拉雷尼拉中发现的天然荧光素酶更亮。

“我们能够在计算机上从头开始设计非常有效的酶，而不是依赖自然界中发现的酶。这一突破意味着原则上可以设计用于几乎任何化学反应的定制酶，“Yeh说。

新酶可以有益于生物技术、医学、环境修复和制造业。例如，在生物技术中，酶可以改善生物燃料生产、食品加工和制药。在医学上，酶可以作为治疗和诊断工具。酶设计可以通过分解污染物或清理受污染的场地来改善环境，酶还可以帮助生产可生物降解的塑料和粘合剂等新材料。

这项研究由威斯康星大学医学院的科学家领导，其中包括加州大学洛杉矶分校的合作者。

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