文 | AlphaEngineer云开体育，作家 | 费斌杰

书接上文。

今天赓续为大家解读2024年诺贝尔化学奖得主David Baker最新的题为《De Novo Protein Design》的精彩演讲。

在上篇中，David Baker先容了AI补助卵白质合成的本事旨趣，以及卵白质合成在医药限制的应用场景，包括调治癌症、自体免疫疾病、流行病、神经退行性疾病等。

诺奖得主David Baker最新共享（上篇）

费斌杰，公众号：Alpha Engineer诺奖得主David Baker：AI for Science的13片蓝海（上篇） - 癌症/自免调治、阿兹海默症、分子感觉等

不才篇中，咱们将赓续计划AI补助卵白质合成在电子科技、可握续发展等限制的具体应用场景。

（1）卵白质 × 电子科技：分子感觉

咱们是否大要制造出一个大要感知率性分子种类的传感器？

在大当然中存在着通说念卵白（Channel Protein）和成孔卵白（Pore-forming Protein），东说念主们也曾将其用于传感和测序。但这些卵白质的传理性能较差，因为它们并不是挑升进化来进行传感和测序用的。

于是科学家使用神经会聚从零运行查考出了挑升用于传感的成孔卵白。如下图所示，咱们不错瞎想出不同孔径的通说念卵白。

孔越大，大要通过的离子就越多，咱们就能测量出更大的电流。

更进一步，咱们不错将其升沉为传感器，构建分子鼻子（Molecular Nose）。

领先咱们瞎想出大要与缱绻分子有用纠合的卵白质，然后将其舍弃于通说念卵白尖端。随后咱们将这两种卵白组合起来放进薄膜中测量电流。

但它战争到缱绻分子时，通说念会平直关闭，检测到电流总共中断。由于咱们大要非凡刻薄的测量电流信号，有了这种全新的卵白质之后，咱们不错分娩出分子鼻子，识别率性分子，平直告诉你空气或者溶液中包含哪些分子。

接下来，咱们不错将分子感觉的才能集成奏凯机等电子开采中来。

在之前的分子鼻子中，咱们是平直将其插入到疏水脂质层中的，然则要念念把这项本事集成到电子开采中，就需要将这种成孔卵白集成在硅氮化合物芯片上。

这就需要咱们瞎想出一种全新的成孔卵白。毕竟在大当然中，卵白质从未有契机和硅氮化合物发生互相作用并插入其中。

上头右图所示的是科学家瞎想的几种新成孔卵白的电镜结构。流程实践，这些卵白大要有用地与硅氮化合物芯片纠合，并赢得褂讪通说念电流。

（2）卵白质 × 电子科技：DNA测序

咱们的基因组中包含多半DNA，在调治遗传性疾病时，咱们但愿针对特定的DNA片断进行裁剪。

为此，科学家一直在瞎想一种大要与DNA碱基褂讪纠合况兼具备高度序列特异性的卵白质。

如下图所示，这种卵白质对DNA序列高度敏锐，针对不同的DNA序列，卵白质的纠合强度会发生显贵变化。右图中颜料越红示意卵白质纠合才能越弱。

因此这种卵白质大要准确的读取DNA序列，这给基因损害的缔造掀开了一扇窗。

（3）卵白质 × 电子科技：药物寄递

纳米颗粒在药物寄递方面非凡有用，当你念念把药物寄递到身段中的指定位置时，容器的大小非凡关键。

这是一个意旨的几何问题，正十二面体是最大的总共轨则多面体。为了将其体积作念得更大，不错在五边形之间插入六边形，就像足球雷同。

由于五边形和六边形里面夹角不同，因此需要非常卵白参与合成。下图右侧是电镜下的实践数据，通过这种神色合成的纳米粒子体积比拟总共对称性的粒子要大得多。

这么一来，大夫就不错将更大剂量的药物准确寄递到东说念主体内的具体器官，加强调治后果，况兼裁汰并发症的可能。

（4）卵白质 × 电子科技：分子开关

基于全新的卵白质瞎想，咱们不错构造分子开关，搭建分子级别的动态电路。

为了杀青开关后果，科学家瞎想出了一种具备两种构象的卵白质。在莫得任何作用物的时辰，它们折叠成一种情景，当添加作用物时，它们会坐窝折叠成另一种情景。

如下图左侧所示，咱们不错将这种卵白质拼装在一说念，酿成“三角形”的时势，当添加作用物时，它们会升沉为“正方形”，这么在电子显微镜中就更容易不雅察了。

下图右侧是杀青驱散，分子开关非凡聪惠，属于典型的变构甘休（Allosteric Control）。

分子开关在癌症调治中有着弘大的用武之地。咱们但愿激活免疫系统来杀死癌细胞，然则过度激勉的免疫系统亦然一个问题，是以咱们需要在允洽的时机关闭它。

领先咱们瞎想一个卵白，它大要纠合两个免疫受体，从而激活免疫系统。然后咱们在其中加入一个纠合位点，作为用物出刻下，它会折叠成另一种情景，从而将系统关闭。

这对细胞信号传递（Cell Signaling）产生了深刻的影响。当咱们赐与药物时，卵白质使两种受体纠合，得到信号的激活；当效应因子加入后，咱们不错非凡快速的关闭它，这是免疫学的要紧打破。

（5）卵白质 × 可握续发展：酶的合成

酶是大当然中存在的一种非凡意旨的卵白，它们频频具有大而复杂的结构，能对多样化学反馈产生催化作用。要是你放大它们的活性位点，那边有几个关键氨基酸介导了化学反馈。

有了AI才能的援救，面前咱们不错从新瞎想催化剂。

领先，咱们指定活性点位的几何体式、侧链的组成、以及但愿发生作用的小分子。然后通过RF Diffusion模子在该活性点位周围构建卵白质。

有了这项才能后，科学家不错不断搬动活性点位以及它们的几何体式并不雅察它们对催化才能的影响。

基于这些实践，科学家合成出了多样各类的酶，有的酶只进行单轮反馈就住手；有的酶则相等活跃，不错进一步通过X射线来商议它们的晶体结构。

下图所示的是X光晶体学检测出的驱散，以及AI瞎想出的催化剂结构，二者险些总共重合，讲授了AI模子权衡的准确性。

更进一步，咱们面前不错使用金属离子来进行催化了，尤其用来进行断键反馈。断键反馈在诸如塑料降解等限制有着伏击的应用价值。

（6）卵白质 × 可握续发展：太阳能会聚

卵白质将来还能在太阳能采麇集大放异彩。

光配合用的旨趣十分复杂，触及非凡大的卵白质，但其反馈中枢是由两个叶绿素分子组成的。

咱们不错瞎想一个全新的卵白质，它碰劲大要和反馈中心的两个叶绿素分子纠合，然后将此作为基础单位，进一步集成为立方体结构。这么一来，咱们就不错构建总共东说念主工的光配合用系统了。

由于这是纯东说念主工瞎想的，科学家还大要搬动系统经受光谱的范围，从而袒护当然光配合用中没能有用愚弄到的波长，大幅进步太阳能的会聚效能。

（7）卵白质 × 可握续发展：矿化成核

在大当然中存在着骨头、贝壳、牙齿等物资，其中的卵白质介导了碳酸钙和磷酸钙的矿化。

科学家瞎想了一种全新的卵白质，来驱动无机化合物的成核和矿化。不才图的实践是一种用来驱动氧化锌孕育的卵白质。

氧化锌是一种半导体，要是咱们大要瞎想出一种大要介导半导体孕育的卵白质，这将会引发一系列材料学改造。面前这方面的商议也取得了阶段性的施展。

（8）结语：用AI探索生命科学的鸿沟

David Baker权衡，在接下来的5-10年内咱们将会看到越来越多的新卵白质种类在AI模子的匡助下出身，处分包括癌症、自免疾病、阿兹海默病在内的医学不毛，同期在生物电子、可握续发展等限制大展拳脚。

正如Nvidia CEO黄仁勋所言，下一个十年，生命科学的发展将投入快车说念。期待东说念主类在AI的加握下不断探索生命科学的鸿沟，为寰球带来福祉。