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蛋白質(zhì)（Protein）是生物構(gòu)成的重要基本物質(zhì)，由各種氨基酸組成，其排列方式和位置的差異使得其種類極其繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而這復(fù)雜的特性也就注定了研究蛋白質(zhì)的路徑困難重重。

面對數(shù)量龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的蛋白質(zhì)種類，為了能更快、更精準(zhǔn)地預(yù)測出蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，國家超算成都中心（以下簡稱：成都超算中心）聯(lián)合百度，依據(jù)國際公認(rèn)的開源項(xiàng)目Alphafold2，研發(fā)出國產(chǎn)化DCU蛋白質(zhì)預(yù)測模型，從而讓人類有機(jī)會從更深層次詮釋生命體的構(gòu)成和運(yùn)作變化規(guī)律，全面揭示生命運(yùn)行、發(fā)展機(jī)制，激發(fā)生物科學(xué)、藥物研發(fā)、合成生物學(xué)等方面的發(fā)展，為我國生命科學(xué)發(fā)展帶來了更多新的可能。

精準(zhǔn)、高效、核心技術(shù)自主可控  Alphafold2模型國產(chǎn)化

面對海量的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)信息，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法至今僅能解出10萬個蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，但由于氨基酸序列多達(dá)10億，傳統(tǒng)方法解出一個蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)需要耗時數(shù)月甚至數(shù)年時間，時間成本巨大。

為彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法的不足，加速生命科學(xué)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)核心技術(shù)自主可控，自2021年，成都超算中心與百度合作，基于百度飛槳螺旋槳PaddleHelix平臺，依據(jù)國際公認(rèn)的開源項(xiàng)目Alphafold2，進(jìn)行了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測推理計(jì)算的國產(chǎn)化開發(fā)，自主研發(fā)出國內(nèi)特有的DCU生物計(jì)算-蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測Alphafold2模型。

該模型基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，能夠根據(jù)輸入的氨基酸序列快速計(jì)算生成高精度的蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)，極大提升了預(yù)測效率，并使預(yù)測結(jié)果達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的精度要求。

Alphafold2模型如何應(yīng)用？

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院都市農(nóng)業(yè)研究所功能植物培育與應(yīng)用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)聯(lián)合成都超算中心，憑借Alphafold2成功預(yù)測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及相互作用，相關(guān)成果成功發(fā)表于國際SCI學(xué)術(shù)期刊Froniters in plant science。

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人表示：“在傳統(tǒng)的研究中，解析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及互作分析，需要進(jìn)行X-射線衍射、冷凍電鏡、酵母雙雜等實(shí)驗(yàn)，工作量大，過程繁瑣。成都超算中心搭載的Alphafold2解決了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)預(yù)測的難題，加快了生物學(xué)研究。”

在Alphafold2模型中，平時需要花費(fèi)數(shù)月、數(shù)年才能完成的事情，只需要幾天就可以完成。Alphafold2不僅加快了基礎(chǔ)研究效率，還為后續(xù)深入的研究工作提供了豐富的數(shù)據(jù)資料。

科技助力，打造“天府新糧倉”

食為政首，谷為民命，中華農(nóng)耕文化底蘊(yùn)源遠(yuǎn)流長。作為全國13個產(chǎn)糧大省之一，四川正積極建設(shè)更高水平的“天府新糧倉”。

為實(shí)施農(nóng)業(yè)科技增值行動，提高糧食生產(chǎn)的科技含量，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院聯(lián)合成都超算中心進(jìn)行了小麥bHLH轉(zhuǎn)錄因子PGS1調(diào)控種子發(fā)育影響產(chǎn)量的分子機(jī)制解析，為將來培育高產(chǎn)高質(zhì)小麥材料提供理論依據(jù)和備選基因。

研究人員表示：“傳統(tǒng)研究只能通過實(shí)驗(yàn)的方法來獲得目標(biāo)基因的蛋白結(jié)構(gòu)，費(fèi)時費(fèi)力，且花費(fèi)巨大，而有了超算中心的蛋白預(yù)測技術(shù)支持，我們可以在短期內(nèi)獲得較高精度的基因蛋白預(yù)測3D結(jié)構(gòu)，幫助我們從結(jié)構(gòu)的角度解析基因功能。”

在Alphafold2的幫助下，團(tuán)隊(duì)成功預(yù)測出基因的蛋白結(jié)構(gòu)，以及提前預(yù)測各個結(jié)構(gòu)的功能，為后續(xù)研究提供了大量的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

從蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測，到助力“天府新糧倉”建設(shè)，作為國家及重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，成都超算中心將充分發(fā)揮算力優(yōu)勢和平臺性能優(yōu)勢，以科技賦能，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，助力生命科學(xué)研究，加快科學(xué)成果落地轉(zhuǎn)化和應(yīng)用，推動我國生命科學(xué)研究邁上新的臺階。

來源 | 綜合紅星新聞、超算運(yùn)營公司

原標(biāo)題：《成都超算中心最新成果！自主研發(fā)出國產(chǎn)化DCU蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測模型→》