瑞士洛桑瑞士生物信息學(xué)研究所的研究人員使用了一種幾何深度學(xué)習(xí)工具，該工具可生成蛋白質(zhì)表面的“指紋”，以描述對(duì)蛋白質(zhì) - 蛋白質(zhì)相互作用至關(guān)重要的幾何和化學(xué)特征。在他們發(fā)表在《自然》雜志上的論文“蛋白質(zhì)相互作用與學(xué)習(xí)表面指紋的從頭設(shè)計(jì)”中，研究小組報(bào)告說(shuō)，他們假設(shè)的“指紋”導(dǎo)致了分子識(shí)別和新型蛋白質(zhì)相互作用的基本方面的捕獲?？偨Y(jié)團(tuán)隊(duì)結(jié)果的研究簡(jiǎn)報(bào)發(fā)表在同一期刊上。
蛋白質(zhì)是生物學(xué)的物理機(jī)械，是允許有機(jī)生命發(fā)揮作用的齒輪和齒輪，彈簧和閥門。它是細(xì)胞如何工作，藥物如何與生物系統(tǒng)相互作用以及大多數(shù)疾病與生物系統(tǒng)相互作用的地方。通過(guò)對(duì)這種機(jī)器的掌握，科學(xué)可以治愈大多數(shù)病癥。
機(jī)器學(xué)習(xí)，以及蛋白質(zhì)組學(xué)，基因組測(cè)序和分子生物學(xué)，在過(guò)去十年中極大地加速了蛋白質(zhì)研究，以至于我們可以預(yù)測(cè)幾乎所有現(xiàn)有的功能結(jié)構(gòu)，在任何配置中設(shè)計(jì)新的結(jié)構(gòu)，并合成制造任何可以想象的蛋白質(zhì)，但有一個(gè)微小但重要的警告 - 結(jié)合位點(diǎn)。
蛋白質(zhì)相互作用的方式依賴于基于表面化學(xué)和結(jié)構(gòu)的兩種特定的物理“鎖和鑰匙”相互作用。下面有一個(gè)外緣遺址和一個(gè)埋藏地點(diǎn)。埋藏部位完成蛋白質(zhì)的工作，但要進(jìn)入它，需要起始的外緣信號(hào)來(lái)打開(kāi)結(jié)構(gòu)以允許進(jìn)入。
就蛋白質(zhì)組學(xué)在過(guò)去十年中的發(fā)展而言，蛋白質(zhì)的親和力特征仍然難以捉摸。這部分是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)是挑剔的和pH依賴性的，具有可變的邊緣表面化學(xué)和結(jié)合位點(diǎn)，這些位點(diǎn)是條件和位點(diǎn)特異性的。
在目前的研究中，該團(tuán)隊(duì)通過(guò)基本上忽略除表面親和力之外的所有內(nèi)容來(lái)追求蛋白質(zhì)之間的結(jié)構(gòu)親和力。撇開(kāi)有關(guān)整體結(jié)構(gòu)，功能和與其靶標(biāo)相似蛋白質(zhì)相互作用的信息，該團(tuán)隊(duì)將機(jī)器學(xué)習(xí)集中在蛋白質(zhì)的表面相互作用以及確定兩個(gè)分子相互作用最佳機(jī)會(huì)的幾何和化學(xué)圖案上，然后設(shè)計(jì)了適當(dāng)?shù)逆I。
通過(guò)計(jì)算蛋白質(zhì)分子表面的指紋，該團(tuán)隊(duì)能夠快速可靠地識(shí)別互補(bǔ)表面片段，這些片段可以在402.<>億個(gè)候選表面內(nèi)與特定靶標(biāo)接合。
計(jì)算設(shè)計(jì)了幾種從頭蛋白結(jié)合劑，以參與四種蛋白質(zhì)靶標(biāo)：SARS-CoV-2刺突、PD-1、PD-L1和CTLA-4。一些設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，而其他設(shè)計(jì)則純粹在數(shù)字空間中生成。結(jié)果是高度準(zhǔn)確的親和力預(yù)測(cè)，因?yàn)榛跈C(jī)器學(xué)習(xí)的粘合劑成功地參與了他們的目標(biāo)。
作者指出，他們的框架可以“......除了提供在系統(tǒng)水平上研究生物過(guò)程中相互作用網(wǎng)絡(luò)的手段外，還為藥物設(shè)計(jì)、生物傳感或生物材料等其他重要的生物技術(shù)領(lǐng)域開(kāi)辟了可能性。
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