受人工智能和深度學(xué)習(xí)技術(shù)發(fā)展較快等因素影響，結(jié)構(gòu)生物學(xué)數(shù)據(jù)的研究也開始迎來了嶄新的階段，針對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的預(yù)測也出現(xiàn)了一些新的方法，并獲得了突破性進(jìn)展。目前，最為前沿的技術(shù)當(dāng)屬AlphaFold2以及RoseTTAFold，這些技術(shù)對行業(yè)的影響可謂是顛覆性的。特別是國內(nèi)已經(jīng)有北鯤云這類的企業(yè)和一些高校以及科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行合作，在北鯤云超算平臺的支持下，AlphaFold2的優(yōu)越性會(huì)更好地發(fā)揮出來，甚至有很多人士認(rèn)為，實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)生物學(xué)會(huì)逐漸地成為過去式，最終退出歷史舞臺。

問題來了，AlphaFold2的運(yùn)行原理是怎樣的，它的重要性又具體體現(xiàn)在哪些方面呢？要了解這些問題的答案，還要從蛋白質(zhì)序列的研究說起。業(yè)界人士都知道，蛋白質(zhì)折疊是生物物理領(lǐng)域最重要的研究課題之一，在過去的五十年時(shí)間里，這一課題的研究都因?yàn)楦鞣N各樣的技術(shù)問題而受阻。其中很重要的一個(gè)原因是，蛋白質(zhì)序列和結(jié)構(gòu)之間屬于高維到高維的映射關(guān)系，常規(guī)的數(shù)學(xué)或物理的方法難以對這些關(guān)系進(jìn)行分析。

最近幾年，實(shí)驗(yàn)技術(shù)得到了進(jìn)一步的提升，新一代測序技術(shù)和蛋白質(zhì)晶體學(xué)以及冷凍電鏡等結(jié)構(gòu)生物學(xué)方法開始得到大量應(yīng)用，豐富的蛋白質(zhì)序列和結(jié)構(gòu)信息得以積累，這無疑為使用基于北鯤云的人工智能技術(shù)對序列-結(jié)構(gòu)間關(guān)系進(jìn)行研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。自從2016的CASP12競賽開始，深度學(xué)習(xí)技術(shù)就廣泛地在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用，使得結(jié)構(gòu)預(yù)測準(zhǔn)確度得到了質(zhì)的提升。

AlphaFold2的獨(dú)到之處在于，它采用全新算法設(shè)計(jì)，這種算法和之前的方式具有很大的區(qū)別，比如在生物物理層面，該技術(shù)所采用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其序列信息和氨基酸殘基相互作用圖譜間實(shí)現(xiàn)了升級，和蛋白質(zhì)折疊的物理機(jī)理可以更好地進(jìn)行吻合。另外，基于這種技術(shù)的模型還能夠?qū)崿F(xiàn)端對端的精準(zhǔn)結(jié)構(gòu)預(yù)測，可以極大地提升分析效率。

不過，AlphaFold2的實(shí)現(xiàn)必須要借助于強(qiáng)有力的算能，目前北鯤云已經(jīng)具備了為眾多科研機(jī)構(gòu)提供此類算能的能力。據(jù)了解，北鯤云超算平臺在將云計(jì)算與科研相結(jié)合方面進(jìn)行了持續(xù)的探索，并取得了實(shí)質(zhì)性的成果。北鯤云超算平臺某高校生物信息組的基因組分析科研項(xiàng)目中進(jìn)行應(yīng)用，可以在一周內(nèi)的時(shí)間里完成2000個(gè)物種基因組分析，不但極大地提升了數(shù)據(jù)分析效率，且提高了結(jié)果的準(zhǔn)確性。在AlphaFold2技術(shù)快速發(fā)展的背景下，北鯤云還開始全力布局Nvidia A100 、Nvidia V100 GPU卡，為AlphaFold2應(yīng)用帶來強(qiáng)有力的硬件支持，助力該技術(shù)更好地進(jìn)行應(yīng)用。

無論是從方法設(shè)計(jì)的角度還是從性能的角度而言，AlphaFold2都體現(xiàn)了人工智能技術(shù)與生物物理思維的完美融合，在北鯤云超算平臺的支撐下，它成為近年來最重要的科學(xué)突破之一就不難理解了。

責(zé)任編輯:tzh