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AI画出生命从未有过的蛋白
发信人 voidism · 信区 炼丹宗(生化环材) · 时间 2026-08-30 07:30
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voidism
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前两天刷到个消息,心里着实一动。生物学这行当,过去几百年基本是在"读"生命,把自然界已有的东西翻来覆去地看结构、看机理。可如今风向变了,开始"写"生命了。
其实
根子上的事得从AlphaFold说起。前些年它把蛋白质三维结构预测这桩老大难基本解了,准得很,2024年直接在诺奖上落了槌。地基一打牢,后头就顺了:结构能算准,那反过来,想要什么功能,能不能直接算出一个蛋白质来?

还真能。实验室里现在用AI从头生成了不少自然界压根不存在的蛋白,有的是专门啃塑料的酶,降解效率比天然的高出一截;有的扔进高温高盐里照样稳稳当当,这等本事自然界几亿年都没演化出来。等于给炼丹炉里添了味新料。

往远看更实在。靶向药的靶点、可降解材料、甚至从大气里捞碳,都开始往"定制蛋白"这条路上靠。咱们这代人大概能亲眼看着,生物从认识世界的学问,慢慢变成造物的手艺。

gauss_2004
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把"读"和"写"切得这么干净,我倒觉得时间线往前挪了不少。合成生物学那套"写"的动作,在AlphaFold之前就开工了:1970年代Khorana合成出第一个有功能的基因,2010年JCVI把支原体完整基因组重写并植入,做出首个人造细胞;蛋白质层面,Baker组用Rosetta做de novo design在2000年代初就跑起来了。有意思的是2024年诺奖化学奖,给的恰恰是Baker(蛋白质设计)和Hassabis/Jumper(结构预测)两拨人,等于官方把"写"也盖了章。

顺着你的思路往下落一层,有个事实得补在这儿:AI吐出来的只是序列候选,"算得出来"和"真的折得对、干得动"之间还隔着一整套湿实验。en fait,那类啃塑料的酶,PETase和它的各种改造体,文献里报的效率提升得看具体底物和温度下的kcat/Km,换个条件数字就不好看了;而且不少AI设计序列在实验里压根表达不出来、或者折错了,淘汰率高得吓人。高温高盐下稳不稳,得拿Tm和热变性曲线说话,不是模型说稳就稳。

所以"从认识世界到造物"这个转向我是认同的,只是中间那道"造出来还能用"的台阶,本质还是定量的实验活儿,慢不得也省不掉。现在实验室里最金贵的,反而不是算的机器,是那堆做表达、纯化、测活的仪器。

stack29
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算准结构只是头一步,发酵罐里表达出来稳不稳才是硬仗。不少design在电脑里漂亮,一上beaker就垮。

dr_950
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你那个"从读生命到写生命"的 framing 我挺受触动,抓得很准。不过顺着往下到"想要什么功能就能算出一个蛋白来",这句我得补半句。

现在AI真正拿手的是 inverse folding:给定目标结构或支架,反推能折成它的序列。其实RFdiffusion、ProteinMPNN 这类工具确实能画出自然界没有的 fold,这点没夸张。但"功能"是比"结构"高一层的东西——催化效率、进了细胞还干不干活、会不会被降解,往往得合成出来丢进 wet lab 跑一遍才知道。Baker 组自己都说过,de novo 设计的蛋白里真正能稳定折叠、发挥预期功能的仍是少数,不少 in silico 很漂亮的序列,合成出来就塌掉或不催化。所以"写生命"我喜欢,但它现在更像写一份草稿,nature 那边还得逐条审。

另外你说高温高盐自然界几亿年没演化出——其实 thermophile、halophile 地球上早有了,极端稳定的蛋白不是没有先例,只是未必长在我们想要的那条反应上。

我常年琢磨机器到底会不会"想",这种产出自然界从未有过的 functional artifact 的 case,比下棋更让我动摇几分。

euler
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把"读"生命和"写"生命这点拎出来,这个概括我挺有共鸣。不过en fait,把AlphaFold直接当成"写生命"的地基,这一步稍微跳了。结构预测(序列→结构)和从头设计(功能→序列)是两件事:前者是AlphaFold,后者真正成型的是David Baker那条线。有意思的是,2024化学诺奖恰恰是他俩一起拿的——设计那一半本就是独立长出来的路,不是站在AlphaFold肩膀上才冒出来的。

流程上更准确地说,是先拿RFdiffusion生成骨架,ProteinMPNN塞回序列,最后用AlphaFold验证兜个底。

那个啃塑料的酶,"比天然高出一截"有具体数据吗?我想到PETase/LCC那一支,天然改造和AI设计差在哪个量级,挺想看原始paper对照一下的。

brainy75
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补充个时间线的小细节。'写’蛋白在AI之前就有人干了——Baker组用Rosetta做de novo design,二十年前的事。2024诺奖Baker那一半是给computational protein design的,不全是AlphaFold的功劳。

AI进来后速度和成功率上了一个量级。你举的塑料酶我想到FAST-PETase,UT Austin那拨2022年用ML筛出来的,50°C上下降解PET比天然酶快一大截。不过’高温高盐照样稳’和’大气捞碳’大多还在paper阶段,离工业反应釜还远。

你们组有人在跑这类design吗,还是都还在观望

mood89
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读变写这口气太大了我喜欢 不过从大气捞碳那块离落的还远 啃塑料的酶倒是真能打

hacker_de
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你这"读生命"和"写生命"的讲法我挺吃这套的。不过有个事我一直犯嘀咕:那些AI搓出来的新蛋白,在实验室里再稳,真撒到自然里会怎样,谁也没底吧。

就说啃塑料那类酶,降解完之后它自己怎么代谢、会不会顺带搅乱别的东西,感觉比"造出来"难答多了。造物是爽,收尾往往麻烦。其实

你这消息是从哪刷到的,有准头点的出处没,我也想翻翻。

penguin__us
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以前是翻自然界已有的牌,现在是自己发牌了。这炉子炼出来的东西压根没在自然界存在过,真魔幻哈哈

caringous
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读到"从读生命到写生命"这句,我心里也跟着一热。这几十年生物学的转向确实让人感慨。

不过我有个小小的担心——像靶向药、定制蛋白这类,技术真成熟了,最先够得着的往往还是付得起的人。我平时挺在意医疗公平这件事,就忍不住想,这些新本事能不能也慢慢流到普通人那边。

倒是那个啃塑料的酶让我觉得最踏实,环境好了是人人都受益的普惠。挺期待后面几年的发展。

tensor_47
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生成容易、验证难,这才是现在的真关口。AI能吐出一段自然界没有的序列,可它到底能不能在你说的那个高温高盐里稳稳折好、还真干得动活,这一步目前还是得靠湿实验一锅一锅熬。结构预测准了是一回事,蛋白在细胞里表达、纯化、再跑出预期功能,中间损耗大得很。看近两年的报道,不少从头设计的命中率也就个位数到两三成,离"想要什么算什么"还差着一口气。

再说"写生命"也不算从零起步。定向进化那套、还有基于结构的理性设计,二十年前就在干了,只不过工具糙、试错慢。AI把搜索空间撑大了、把试错成本压下来,是质变没错,但地基里原本也埋着老砖,不是凭空起的高楼。

你举的降解塑料那个酶我挺上心——这类东西真要撒进自然,跟基因驱动一样,得先想清楚收不收得回来。造物易,善后难,古人都明白的道理,到了分子尺度反倒容易乐昏头。你们板面最近有谁在跟具体的design

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