2024年5月8日，Google旗下DeepMind團(tuán)隊(duì)和AI制藥公司Isomorphic Labs在《自然》網(wǎng)站上發(fā)布了一顆重磅炸彈——AlphaFold3。與上一代AlphaFold2相比，AlphaFold3能夠以前所未有的精確度預(yù)測(cè)所有生命分子（蛋白質(zhì)、DNA、RNA、小分子化合物、金屬離子等）的復(fù)合物結(jié)構(gòu)和相互作用，比現(xiàn)有所有方法的預(yù)測(cè)精度至少提升了50%，再次“一覽眾山小”。

       蛋白質(zhì)與核酸的相互作用，此前是一直是生物大分子結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的難題，也是分子生物學(xué)工具酶開發(fā)的迫切需求。愚公生物也用真實(shí)數(shù)據(jù)測(cè)試了AlphaFold3在分子酶方面的表現(xiàn)，看看究竟有多神奇。

       首先選擇最常用的限制酶之一BamHI。BamHI屬于Type IIP類限制酶，一般以二聚體形式行使功能。我們預(yù)測(cè)了BamHI二聚體、DNA底物和Mg²⁺的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，并與1994年解析的晶體結(jié)構(gòu)對(duì)比。預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)與晶體結(jié)構(gòu)在催化核心周圍的一致性還是相當(dāng)好的，DNA識(shí)別序列（白色+紅色）和切割位點(diǎn)（紅色）的定位也很準(zhǔn)確，晶體結(jié)構(gòu)中缺少的Mg²⁺也準(zhǔn)確定位到了切割位點(diǎn)附近。但是預(yù)測(cè)結(jié)果的C端(黃色虛線框)可信度不高，與晶體結(jié)構(gòu)有顯著差異。

                                               左為BamHI預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)，右為晶體結(jié)構(gòu)

       隨后選擇了一個(gè)尚未解析晶體結(jié)構(gòu)的限制酶。以往的研究推測(cè)該酶可能也是以二聚體形式發(fā)揮作用。當(dāng)我們用AlphaFold3分別預(yù)測(cè)該酶野生型和突變體的二聚體和DNA復(fù)合物結(jié)構(gòu)時(shí)，有意思的事情發(fā)生了：僅僅改變一個(gè)氨基酸，預(yù)測(cè)的復(fù)合物結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了完全不同的構(gòu)象，不僅僅是二聚體的排列發(fā)生了變化，單體蛋白的結(jié)構(gòu)也完全不同。但無論哪個(gè)預(yù)測(cè)的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，都不太容易解釋已知的生化實(shí)驗(yàn)結(jié)果，表明這兩個(gè)預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)與真實(shí)結(jié)構(gòu)之間還存在顯著差異。

                                       左為野生型預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)，右為突變體預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)

       再換一個(gè)自行解析了單體晶體結(jié)構(gòu)的核酸酶，生化實(shí)驗(yàn)證明該酶也是以二聚體行使功能。AlphaFold3預(yù)測(cè)的復(fù)合物結(jié)構(gòu)中，單體結(jié)構(gòu)與晶體結(jié)構(gòu)幾乎完美契合；但改變核酸底物后，卻發(fā)現(xiàn)二聚體出現(xiàn)了完全相反的排列形式。

                                         左為底物1預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)，右為底物2預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)

       上述三個(gè)例子表明，AlphaFold3雖然在蛋白質(zhì)-DNA復(fù)合物結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步（后兩個(gè)例子此前使用RosseTTAFold2NA幾乎無法預(yù)測(cè)出來），但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到某些自媒體所說“AlphaFold3已經(jīng)解決這個(gè)問題”的程度。對(duì)于研究核酸酶結(jié)構(gòu)功能并開發(fā)新產(chǎn)品而言，必要的結(jié)構(gòu)生物學(xué)和生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)仍然不可或缺。

       當(dāng)然，目前對(duì)公眾開放的AlphaFold Server只是一個(gè)無法調(diào)整參數(shù)的簡(jiǎn)化版，并沒有釋放開源的完整版。畢竟AlphaFold3的研發(fā)團(tuán)隊(duì)里第一次出現(xiàn)了商業(yè)化公司Isomorphic Labs，投資總是要追求回報(bào)的。關(guān)于AlphaFold3開始“下海”這件事情，科學(xué)界也有很大的爭(zhēng)議，后續(xù)如何發(fā)展，也讓我們拭目以待。