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人工智能預測蛋白質“光學指紋”

2019年06月11日 09:11:55 來源: 安徽日報

????記者6月10日從中國科學技術大學獲悉,該校教授江俊、羅毅與美國加州大學爾灣分校科學家合作,利用人工智能機器學習中的神經網絡技術,成功預測了蛋白質肽鍵紫外光譜,模擬了肽鍵結構與性質之間的構效關系,并大大減少了計算量。相關成果發表在最新一期著名期刊《美國科學院院報》上。人工智能與量子化學理論計算的結合,為預測蛋白質光學特性提供了一種高效工具。

????蛋白質是生命的基石。蛋白質的光譜響應信號,尤其是紫外光譜,可以稱之為蛋白質骨架的“指紋”。這個“光學指紋”,經過理論模擬的解讀,可以揭示出精確的蛋白質結構,為生命科學和醫學診斷提供極其重要的信息。然而,蛋白質結構極其復雜,需要做大量高精度的量子化學理論計算。由于計算量太大,即使是最厲害的超級計算機輕易也“吃不消”,這也限制了光譜的準確分析和蛋白質結構的發現。

????江俊課題組近些年致力于發展機器學習技術在量子化學領域的應用。在本工作中,研究人員首先在300K溫度下通過分子動力學模擬以及量子化學計算,得到5萬組不同構型的肽鍵模型分子。通過機器學習算法篩選出鍵長、鍵角、二面角、電荷信息作為描述符,通過神經網絡來構建肽鍵基態結構與其激發態性質之間的構效關系。基于訓練好的機器學習模型,預測出肽鍵的基態偶極矩及激發態性質,最后成功預測出肽鍵的紫外吸收光譜。

????這是人工智能技術首次用于理論計算預測蛋白質光譜研究,確立了機器學習模擬蛋白質肽鍵骨架紫外吸收光譜的可行性和優勢,蛋白質的“光學指紋”解讀將會變得更加輕易有效。(桂運安)

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[責任編輯: 周雨濛 ]
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