科学家正在利用人工智能来构思人工酶

我最喜欢的童年夏日记忆之一是被萤火虫包围。夕阳西下，它们闪闪发光的光芒会像精致的童话灯一样照亮后院。生物可以产生光的事实感觉就像魔法一样。
但这不是魔法。是酵素。
酶是生命的催化剂。它们驱动我们新陈代谢的每一步，为植物的光合作用提供动力，推动病毒复制——并在某些生物体中触发生物发光，使它们像钻石一样闪耀。
与有助于加速化学反应但通常需要高温、高压或两者兼而有之的人造催化剂不同，酶非常温和。在概念上与用于烘焙的酵母相似，酶在维持生命的温度下工作。你需要做的就是给他们一个基质和工作条件——例如面粉和水——他们就会施展魔法。
这也是酶非常有价值的部分原因。从酿造啤酒到制造药物和分解污染物，酶是大自然的专家化学家。
如果我们能超越自然呢？
本周，《自然》杂志上的一项新研究利用人工智能从头开始设计酶。利用深度学习，华盛顿大学的David Baker博士的团队设计了一种新酶，模仿萤火虫在培养皿中的人体细胞内发出光的能力。总体而言，人工智能“幻觉”了7，500多种有前途的酶，这些酶经过进一步的实验测试和优化。由此产生的光线足够明亮，可以用肉眼看到。
与天然酶相比，这种新酶非常有效，只需要一点点底物就可以照亮黑暗。它也是高度特异性的，这意味着酶只偏爱一种底物。换句话说，该策略可以设计多种酶，每种酶在自然界中从未见过，以同时执行多项工作。例如，它们可以触发多色生物发光，如迪斯科球，用于对细胞内的不同生化途径进行成像。有一天，工程酶还可以“双击”药物，例如，诊断病情并同时测试治疗方法。
“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，“贝克说。

蛋白质设计

在它们的核心，酶只是蛋白质。这对人工智能来说是个好消息。
早在 2021 年，贝克实验室就开发了一种算法，仅根据氨基酸序列即可准确预测蛋白质结构。接下来，该团队使用trRosetta确定了蛋白质中的功能位点，trRosetta是一个人工智能架构师，可以想象然后磨练药物，蛋白质或抗体可以抓住的热点 - 为人类无法想象的药物铺平道路。