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科技日?qǐng)?bào)北京4月20日電 （記者張夢(mèng)然）科學(xué)家已成功將強(qiáng)化學(xué)習(xí)應(yīng)用于分子生物學(xué)的挑戰(zhàn)：美國(guó)華盛頓大學(xué)研究人員開(kāi)發(fā)出一款功能強(qiáng)大的新型蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)軟件，該軟件改編自一種被證明擅長(zhǎng)棋盤(pán)游戲（如國(guó)際象棋和圍棋）的策略。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，用新方法制造的蛋白質(zhì)能更有效地在小鼠體內(nèi)產(chǎn)生有用抗體。發(fā)表在最新一期《科學(xué)》雜志上的研究結(jié)果，可能會(huì)很快帶來(lái)更有效的疫苗。

強(qiáng)化學(xué)習(xí)是一種機(jī)器學(xué)習(xí)，其中計(jì)算機(jī)程序通過(guò)嘗試不同的動(dòng)作和接收反饋來(lái)學(xué)習(xí)作出決策。例如，這樣的算法可通過(guò)導(dǎo)致勝敗的數(shù)百萬(wàn)種不同動(dòng)作來(lái)學(xué)習(xí)下國(guó)際象棋。

為了開(kāi)發(fā)用于蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)的強(qiáng)化學(xué)習(xí)程序，研究人員為計(jì)算機(jī)提供了數(shù)百萬(wàn)個(gè)簡(jiǎn)單的起始分子。然后，該軟件進(jìn)行了一萬(wàn)次嘗試，隨機(jī)改進(jìn)每一個(gè)以達(dá)到預(yù)定義的目標(biāo)。計(jì)算機(jī)將蛋白質(zhì)加長(zhǎng)或以特定方式彎曲它們，直到學(xué)會(huì)如何將它們扭曲成所需的形狀。

作為這項(xiàng)研究的一部分，研究人員在實(shí)驗(yàn)室制造了數(shù)百種人工智能設(shè)計(jì)的蛋白質(zhì)。使用電子顯微鏡和其他儀器，他們證實(shí)計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的許多蛋白質(zhì)形狀確實(shí)在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)了。研究證明，這種方法不僅準(zhǔn)確，而且可定制，制作出無(wú)孔、小孔或大孔的球形結(jié)構(gòu)。

該團(tuán)隊(duì)專(zhuān)注于設(shè)計(jì)由許多蛋白質(zhì)分子組成的新型納米級(jí)結(jié)構(gòu)。這需要設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)成分本身和允許納米結(jié)構(gòu)自組裝的化學(xué)界面。為了衡量設(shè)計(jì)軟件的準(zhǔn)確性，研究人員觀察了許多獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)原子都位于預(yù)期的位置。換句話(huà)說(shuō)，預(yù)期和實(shí)際納米結(jié)構(gòu)之間的偏差平均小于單個(gè)原子的寬度。

在未來(lái)，這種方法能夠創(chuàng)造出使用以前的方法無(wú)法制造的治療性蛋白質(zhì)、疫苗和其他分子。研究人員使用血管細(xì)胞的原代細(xì)胞模型表明，設(shè)計(jì)的蛋白質(zhì)支架優(yōu)于該技術(shù)的先前版本。由于幫助細(xì)胞接收和解釋信號(hào)的受體更密集地聚集在更緊湊的支架上，它們?cè)诖龠M(jìn)血管穩(wěn)定性方面更有效。

【總編輯圈點(diǎn)】

這是一項(xiàng)AI推進(jìn)蛋白質(zhì)科學(xué)進(jìn)展的里程碑式研究。其潛在的應(yīng)用從開(kāi)發(fā)更有效的癌癥治療藥物，到創(chuàng)造新的可生物降解的紡織品，可以說(shuō)價(jià)值巨大。而更深層次的意義，在于它證明了強(qiáng)化學(xué)習(xí)可做的不僅僅是掌握棋盤(pán)游戲，在解決科學(xué)中長(zhǎng)期存在的難題時(shí)，強(qiáng)化學(xué)習(xí)同樣表現(xiàn)出色。如果將這種方法應(yīng)用于解決問(wèn)題，它還能加速多項(xiàng)科學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)步。