化学·生活·社会
深度解读2024年诺贝尔化学奖:计算蛋白质设计及人工智能预测蛋白质结构*
邓淞1 , 覃延鑫2 , 阮江芊羽1 , 伍晓春1**
1.四川师范大学化学与材料科学学院 四川成都 610066;
An In-Depth Look at the 2024 Nobel Prize in Chemistry:Computational Protein Design and Artificial Intelligence to Predict Protein Structures
DENG Song1 , QIN Yan-Xin2 , RUAN Jiang-Qian-Yu1 , WU Xiao-Chun1**
1. College of Chemistry and Materials Science,Sichuan Normal University,Chengdu 610066,China;
摘要： 2024年诺贝尔化学奖授予了美国华盛顿大学的戴维·贝克以及英国DeepMind公司的戴密斯·哈萨比斯和约翰·M·詹伯,以表彰他们在计算蛋白质设计和蛋白质结构预测方面的开创性贡献。阐述了2024年诺贝尔化学奖的科学背景,并重点解析了获奖成果AlphaFold2人工智能模型实现高精度蛋白质三维结构预测的计算化学原理以及Rosetta软件在蛋白质从头设计中的技术路径。这些突破性成果不仅极大地推动了结构生物学领域的研究,也为人工智能在科学研究中的应用开辟了新天地,预示着人工智能技术在化学研究中的巨大潜力与广阔前景。
关键词： 人工智能 ,
蛋白质 ,
诺贝尔化学奖 ,
计算化学 ,
结构生物学
收稿日期: 2024-10-19
基金资助: *四川师范大学校级课题“课程思政领航学院”(20220030XSZ);四川师范大学研究生教育教学改革研究项目:社校合作促进化学专业学位研究生实践能力提升——基于“以学增智,科普惠民”科普实践活动(2023YJSJG007)
通讯作者:
** E-mail:wuxiaochun@sicnu.edu.cn
引用本文:
邓淞, 覃延鑫, 阮江芊羽, 伍晓春. 深度解读2024年诺贝尔化学奖:计算蛋白质设计及人工智能预测蛋白质结构* [J]. 化学教育（中英文）, 2025, 46(10): 19-27
[1]
邓淞,伍晓春.化学教育(中英文),2024,45(18):14-21
[2]
聂长明,廖力夫.计算化学.北京:北京理工大学出版社,2010:1
[3]
黄秀芳,庾国桢,童晶晶.中成药,2019,41(12):3038-3045
[4]
王小纯,熊淑萍,马新明,等.生态学报,2005(4):802-807
[5]
汪海峰,章文明,汪以真,等.动物营养学报,2011,23(2):179-186
[6]
Kanelis V,Forman-Kay J D,Kay L E.IUBMB Life,2001,52(6):291-302
[7]
黄岚青,刘海广.物理,2017,46(2):91-99
[8]
Wiencek J M.Annu.Rev.Biomed.Eng.,1999,1(1):505-534
[9]
Massover W H.J.Synchrotron Radiat.,2007,14(1):116-127
[10]
程渊淏.冷冻电镜单颗粒分析法自动化数据预处理软件的设计与实现.北京:中国科学院大学(中国科学院物理研究所)博士学位论文,2024:102
[11]
De Rosier D J,Klug A.Nature,1968,217(5124):130-134
[12]
肖媛,李婷婷,周芳,等.电子显微学报,2015,34(5):447-451
[13]
Göbel U,Sander C,Schneider R,et al.Proteins Struct.Funct.Bioinforma.,1994,18(4):309-317
[14]
Anfinsen C B.Science,1973,181(4096):223-230
[15]
Results-CASP16[EB/OL].(2024-12-05)[2025-01-10].https://predictioncenter.org/casp16/results.cgi？tr_type=regular
[16]
Brini E,Simmerling C,Dill K.Science,2020,370(6520):eaaz3041
[17]
Sippl M J.J.Mol.Biol.,1990,213(4):859-883
[18]
Šali A,Blundell T L.J.Mol.Biol.,1993,234(3):779-815
[19]
Roy A,Kucukural A,Zhang Y.Nat.Protoc.,2010,5(4):725-738
[20]
Altschuh D,Lesk A M,Bloomer A C,et al.J.Mol.Biol.,1987,193(4):693-707
[21]
Marks D S,Colwell L J,Sheridan R,et al.PLOS One,2011,6(12):e28766
[22]
Jones D T,Buchan D W A,Cozzetto D,et al.Bioinformatics,2012,28(2):184-190
[23]
Weigt M,White R A,Szurmant H,et al.Proc.Natl.Acad.Sci.,2009,106(1):67-72
[24]
Callaway E.Nature,2020,588(7837):203-205
[25]
仇真,奚雪峰,崔志明,等.计算机工程,2022,48(12):232-240
[26]
Jumper J,Evans R,Pritzel A,et al.Nature,2021,596(7873):583-589
[27]
Al-Janabi A.BioTechniques,2022,72(3):73-76
[28]
Zhang J,Liu S,Chen M,et al.J.Chem.Theory Comput.,2023,19(22):8460-8471
[29]
Tsaban T,Varga J,Avraham O,et al.Nature Communications,2021,13(2022):176
[30]
Mirabello C,Wallner B.PLOS One,2019,14(8):e0220182
[31]
Huang Z,Wang X,Huang L,et al.CCNet:Criss-Cross Attention for Semantic Segmentation.Proceedings of the IEEE/CVF International Conference on Computer Vision,Seoul,2019
[32]
Vaswani A,Shazeer N M,Parmar N,et al.Attention is All you Need.Neural Information Processing Systems,New Orleans,2017
[33]
Chakravarty D,Porter L L.Protein Sci.,2022,31(6):e4353
[34]
Sawicki L R,Benitez G,Carletti M,et al.bioRxiv,2022.https://doi.org/10.1101/2022.11.15.516638
[35]
Edich M,Briggs D C,Kippes O,et al.Faraday Discuss.,2022,240:184-195
[36]
Regan L,DeGrado W F.Science,1988,241(4868):976-978
[37]
DeGrado W F,Regan L,Ho S P.Cold Spring Harb.Symp.Quant.Biol.,1987,52:521-526
[38]
刘南,金小程,杨崇周,等.生物工程学报,2024,DOI:10.13345/j.cjb.240087
[39]
Dahiyat B I,Mayo S L.Science,1997,278(5335):82-87
[40]
Harbury P B,Plecs J J,Tidor B,et al.Science,1998,282(5393):1462-1467
[41]
熊鹏.基于统计能量函数的蛋白质设计.北京:中国科学技术大学博士学位论文,2015:4-7
[42]
Dunbrack R L,Karplus M.J.Mol.Biol.,1993,230(2):543-574
[43]
Simons K T,Bonneau R,Ruczinski I,et al.Proteins Struct.Funct.Bioinforma.,1999,37(S3):171-176
[44]
Kuhlman B,Dantas G,Ireton G C,et al.Science,2003,302(5649):1364-1368
[45]
Lisanza S L,Gershon J M,Tipps S W K,et al.Nat.Biotechnol.,2024,DOI:10.1038/s41587-024-02395-w
[46]
Baek M,DiMaio F,Anishchenko I,et al.Science,2021,373(6557):871-876
[47]
陈志航,季梦麟,戚逸飞.合成生物学,2023,4(3):464-487
[48]
李子晨,李智华,王佑春,等.病毒学报,2024,40(3):618-630
[49]
Schymkowitz J,Borg J,Stricher F,et al.Nucleic Acids Res.,2005,33(suppl_2):W382-W388
[50]
Goldenzweig A,Goldsmith M,Hill S E,et al.Mol.Cell,2016,63(2):337-346
[51]
Williams J A,Biancucci M,Lessen L,et al.Sci.Adv.,2023,9(23):eadg0330
[52]
蔡迎春,虞晨琳.图书馆杂志,2024,43(11):20-33
[53]
王志鹏,程农壹,马新雨,等.化学教育(中英文),2019,40(10):12-18
[54]
Bernadette Bensaude-Vincent,Jonathan Simon.化学,不纯粹的科学.2版.贾向娜,译.北京:北京邮电大学出版社:152,219
[55]
The Nobel Prize in Chemistry 2024[EB/OL].(2024-10-10)[2025-01-12].https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2024/hassabis/interview/
[56]
中国教育信息化网.培养具备人工智能素养的下一代[EB/OL].(2024-07-04)[2024-09-29].https://www.ictdedu.cn/news/jrgz/xxhdt/n20240704_84819.shtml
