羅格斯大學(xué)的一組蛋白質(zhì)科學(xué)家與計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行了正面交鋒。

劇透警報(bào)：人工智能贏了。但只靠一根頭發(fā)。

將人類(lèi)與人工智能相匹配

科學(xué)家們決定進(jìn)行一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，將一個(gè)對(duì)蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)和自組裝有深刻理解的人類(lèi)與一個(gè)具有預(yù)測(cè)能力的人工智能計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行匹配。位居潛在科學(xué)家名單之首的是羅格斯大學(xué)先進(jìn)生物技術(shù)和醫(yī)學(xué)中心 (CABM) 的研究員 Vikas Nanda。

該實(shí)驗(yàn)旨在了解人類(lèi)或人工智能是否可以更好地預(yù)測(cè)哪些蛋白質(zhì)序列將最成功地結(jié)合。

結(jié)果發(fā)表在《自然化學(xué)》上。

南達(dá)、伊利諾伊州阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員以及美國(guó)各地的多位同事表示，這場(chǎng)戰(zhàn)斗“勢(shì)均力敵但具有決定性意義”。這場(chǎng)比賽讓 Nanda 和幾位同事以微弱優(yōu)勢(shì)反對(duì) AI 程序。

科學(xué)家們正在尋求更多關(guān)于蛋白質(zhì)自組裝的知識(shí)，相信通過(guò)更好地了解它，他們可以設(shè)計(jì)出用于醫(yī)療和工業(yè)用途的新型創(chuàng)新產(chǎn)品。其中一種產(chǎn)品可能是用于傷口的人造人體組織，而另一種可能是新化學(xué)產(chǎn)品的催化劑。

南達(dá)是羅格斯大學(xué)羅伯特伍德約翰遜醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)和分子生物學(xué)系的教授。

“盡管我們擁有廣泛的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，但人工智能在幾個(gè)數(shù)據(jù)集上的表現(xiàn)同樣好或更好，這顯示了機(jī)器學(xué)習(xí)在克服人類(lèi)偏見(jiàn)方面的巨大潛力，”Nanda 說(shuō)。

蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)和自組裝

蛋白質(zhì)由大量首尾相連的氨基酸組成，鏈折疊起來(lái)形成具有復(fù)雜形狀的三維分子。每種蛋白質(zhì)的形狀以及其中所含的氨基酸決定了它的行為。Nanda 等研究人員參與了“蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)”，這意味著他們創(chuàng)建了產(chǎn)生新蛋白質(zhì)的序列。該團(tuán)隊(duì)最近設(shè)計(jì)了一種合成蛋白質(zhì)，可以快速檢測(cè)危險(xiǎn)的神經(jīng)毒劑 VX。這一新發(fā)展可能對(duì)新的生物傳感器和治療產(chǎn)生重大影響。

蛋白質(zhì)與其他蛋白質(zhì)自組裝形成對(duì)生物學(xué)很重要的超結(jié)構(gòu)。在某些情況下，蛋白質(zhì)似乎遵循某種設(shè)計(jì)，例如當(dāng)它們自組裝成病毒的保護(hù)性外殼時(shí)。其他時(shí)候，它們?cè)谛纬膳c某些疾病相關(guān)的生物結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)自組裝。

“了解蛋白質(zhì)自組裝是在許多領(lǐng)域取得進(jìn)步的基礎(chǔ)，包括醫(yī)學(xué)和工業(yè)，”南達(dá)說(shuō)。

Nanda 和其他五位同事獲得了一份蛋白質(zhì)清單，并要求他們預(yù)測(cè)哪些蛋白質(zhì)可能自組裝。然后將預(yù)測(cè)與計(jì)算機(jī)程序的預(yù)測(cè)進(jìn)行比較。

人類(lèi)專(zhuān)家根據(jù)他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中對(duì)蛋白質(zhì)行為的觀察使用了經(jīng)驗(yàn)法則，包括電荷模式和對(duì)水的厭惡程度。他們選擇了 11 種他們預(yù)測(cè)會(huì)自組裝的蛋白質(zhì)，而AI選擇了9種蛋白質(zhì)。

他們的實(shí)驗(yàn)表明，人類(lèi)從11種蛋白質(zhì)中做出了6種正確的預(yù)測(cè)，而計(jì)算機(jī)程序選擇了9種。

該實(shí)驗(yàn)還表明，人類(lèi)專(zhuān)家“偏愛(ài)”某些氨基酸而不是其他氨基酸，這導(dǎo)致了錯(cuò)誤的選擇。人工智能正確地選擇了一些質(zhì)量不明顯的蛋白質(zhì)。

“我們正在努力從根本上了解導(dǎo)致自組裝的相互作用的化學(xué)性質(zhì)，所以我擔(dān)心使用這些程序會(huì)妨礙重要的洞察力，”南達(dá)說(shuō)。“但我開(kāi)始真正理解的是，機(jī)器學(xué)習(xí)只是另一種工具，就像其他任何工具一樣。”