华盛顿大学研究团队利用AI从零设计有效酶，开创科学新篇章
时间：2025-02-23 13:50
小编：小世评选
在生物科学与人工智能交汇的前沿，华盛顿大学的研究团队正在开创一种全新的研究方式。由诺贝尔奖得主大卫·贝克尔所领导的这一研究小组，最近成功地利用人工智能（AI）技术，从零开始设计出了一些新的高效酶。这一突破性的研究成果被业内知名科学家视为“科学中的一项巨大挑战”，其潜在影响有望彻底改变现有的酶设计和应用方法。
酶是活跃于生物体内的重要生物催化剂，它们可以在温和的条件下迅速加速化学反应并改变分子的结构。这使得酶成为生命活动的重要组成部分，几乎所有的生物体细胞中都包含着酶。在生物医学和工业生产中，酶被广泛应用于药物开发、食品加工及环境治理等领域。过去，科学家们普遍采用拼接已有天然蛋白质的方法来设计新的酶，他们希望通过组合不同部分并赋予酶特定的功能。这种方法往往受限于已有酶的结构和功能，难以满足复杂的工业和生物环境需求。
面对这一挑战，华盛顿大学的研究团队采用了全新的思路。他们选择了丝氨酸水解酶作为研究对象，这种酶因其能够切割多种含碳分子中的关键化学键而被广泛研究。例如，它可以处理聚酯及人体内常见的脂肪。传统的设计方法在新的化学环境下并不能完全发挥丝氨酸水解酶的潜力。
采用人工智能的优势，研究组创建了一个全新的酶设计工具，并结合了一种新推出的名为PLACER的筛选工具，这些工具共同帮助研究人员从数以万计的计算机生成的蛋白质候选者中识别出最有潜力的酶。安娜·劳科博士表示：“现在，理论上我们能够以一种全新的方式来设计酶，这简直颠覆了我们过去的模式。”这一创新方法不仅为酶的设计提供了崭新的视角，也为未来生物催化剂的开发铺平了道路。
贝克尔在2022年获得诺贝尔化学奖，正是因为他在揭示蛋白质分子结构和开发利用AI设计新蛋白质技术方面的杰出贡献。他指出，传统的酶设计方法已无法及时应对现代工业和生物科学面临的复杂要求。因此，这一新的AI驱动的设计方法显得尤为重要。
尽管研究人员初步获得的机器生成酶在性能上尚未超越天然酶，但是，它们是纯粹通过计算机算法生成的，且在许多方面表现得相当出色。团队期望，这些酶经过进一步优化后，可以在实际应用中更好地发挥其功能。
在可持续发展目标日益受到重视的背景下，研究者杉田目前正在研发一种新型酶，旨在帮助降解地球上日益严重的塑料废料。由于塑料是一种在人类进化史上相对较新的物质，现有的生物酶尚未进化出足够应对其降解的能力。尽管已有的某些丝氨酸水解酶能够在一定程度上切割塑料化学键，但仍有大量其他类型的塑料需要找到高效、可持续的生物降解方案。
这一系列研究成果不仅展示了人工智能在生物科学领域的巨大潜力，还为开发新型酶提供了全新思路，推动了相关科学研究的进展。从药物生产到塑料降解，这些新型酶在未来的应用前景是巨大的，尤其是在环境保护与资源循环利用方面。
正如贝克尔所言，这项研究到底能走多远，将依赖于通过人工智能所获得的新发现与不断的技术革新。未来的实验室里，也许将会看到更多计算机生成的酶，从而推动生命科学、药物开发和环境保护的重大突破。这不仅是科学的一项新进展，更是探索生命本质与人类未来的激动人心的旅程。
