AI for Science

编辑 | 萝卜皮准确预测蛋白质-配体相互作用对于理解细胞过程至关重要，目前仍面临着诸多挑战。 中国科学院、浙江大学的研究人员提出了 SurfDock，这是一种深度学习方法，通过将蛋白质序列、三维结构图和表面级特征整合到等变架构中来解决这一挑战。 SurfDock 在非欧几里德流形上采用生成扩散模型，优化分子平移、旋转和扭转以生成可靠的结合姿势。

编辑丨&植物 RNA 的复杂序列编码了大量的生物调节元件，这些元件在协调植物生长、发育和适应环境压力的关键方面起到重要作用。 基础模型 （FM） 的最新进展证明了它们在破译生物学中复杂“语言”方面前所未有的潜力。 于最近的研究中，东北师范大学、英国约翰·英尼斯中心（ John Innes Centre）和埃克塞特大学（University of Exeter）等组成的团队提出了 Plant…

编辑丨&受人脑复杂运作的启发，神经网络已经彻底改变了各个领域的生产研究现状。 然而，考虑到基于计算机的神经网络需求的大量计算与极高能耗，特别是传统数字处理器的能源效率，机械神经网络的发展逐步被提上日程。 在光学神经网络中，波-物质相互作用被用来实现机器学习，类似的思路也可以被用来建立机械神经网络（MNN）的学习框架。

编辑 | 萝卜皮生成合理的晶体结构通常是预测材料化学成分及其性质的第一步，但当前大多数预测方法计算成本高，制约了创新进程。 通过使用优质生成的候选结构来预测晶体结构，可以突破这一瓶颈。 在最新的研究中，英国雷丁大学（University of Reading）的研究人员介绍了 CrystaLLM，这是一种基于晶体学信息文件 (CIF) 格式的自回归大型语言建模 (LLM) 的多功能晶体结构生成方法…

编辑 | 萝卜皮人类必需蛋白（HEP）对于个体的生存和发育必不可少。 然而，鉴定 HEP 的实验方法通常成本高昂、耗时费力。 此外，现有的计算方法仅在细胞系水平上预测 HEP，但 HEP 在活体人类、细胞系和动物模型中有所不同。

编辑 | ScienceAI近些年来 AI for Science 在众多领域取得重大成功。 其中，基于神经网络的量子变分蒙特卡洛方法 (NNVMC) 在量子化学领域展现出强大潜力，备受关注。 最近字节跳动研究部门 ByteDance Research 和北京大学团队在 NNVMC 框架中融入物理对称性，实现了量子激发态的高效精确求解。

编辑 | 萝卜皮从 DNA 序列预测分子表型仍然是基因组学中的一个长期挑战，通常是由于注释数据有限以及无法在任务之间转移学习所致。 在这里，英国伦敦 InstaDeep 的研究人员提出了在 DNA 序列上进行预训练的基础模型，称为 Nucleotide Transformer；其参数范围从 5000 万到 25 亿，并整合了来自 3,202 个人类基因组和 850 个不同物种基因组的信息。 这些 …

编辑 | KX吸附能是一种反应性描述符，必须准确预测，才能有效地将机器学习应用于催化剂筛选。 该过程涉及在催化表面上的不同吸附构型中找到最低能量。 尽管图神经网络在计算催化剂系统的能量方面表现出色，但它们严重依赖原子空间坐标。

编辑 | 萝卜皮深度生成模型在药物从头设计领域受到广泛关注。 然而，针对新靶点合理设计配体分子仍然具有挑战性，特别是在控制生成分子的性质方面。 在这里，受到 DNA 编码化合物库技术的启发，湖南大学和西安电子科技大学的研究人员提出了 DeepBlock，这是一种基于块（block）的配体生成深度学习方法，可根据目标蛋白质序列进行定制，同时实现精确的属性控制。

编辑 | 萝卜皮近年来，深度学习模型在蛋白质-配体对接和亲和力预测中的应用引起了越来越多的关注，而这两者都对基于结构的药物设计至关重要。 然而，许多此类模型忽略了复合物中配体和蛋白质原子之间相互作用的复杂建模，从而限制了它们的泛化和可解释性。 在最新的研究中，腾讯 AI Lab 的研究人员提出了 Interformer，这是一个基于 Graph-Transformer 架构的统一模型。

编辑 | X_X近日，Meta FAIR 与多伦多大学和 VSParticle（荷兰纳米技术工程公司 ）合作，发布了开放催化剂实验 2024（OCx24）数据集，该数据集包含 572 个使用湿法和干法合成的样品，并经过 X 射线荧光和 X 射线衍射表征。 为新催化剂的开发提供了宝贵的见解。 该研究是 Meta FAIR 开放催化剂项目的延续，旨在利用人工智能来建模和发现新的催化剂，应对气候变化带来…

编辑 | 白菜叶蛋白质结构的动态变化对于理解其功能和开发靶向药物治疗至关重要，尤其是对于隐蔽的结合位点。 然而，现有的生成构象集合的方法存在效率低下或缺乏通用性的问题，无法在训练系统之外发挥作用。 分子动力学 (MD) 模拟是当前探索蛋白质运动的标准，但计算成本高昂，且受短时间步长要求的限制，因此难以捕捉较长时间尺度上发生的更广泛蛋白质构象变化。

图示：来自测试集的靶标上的 Boltz-1 的示例预测。 （来源：论文）编辑 | 萝卜皮2024 年 11 月 18 日，麻省理工学院（MIT）的研究人员宣布推出 Boltz-1，这是一个开源模型，旨在准确模拟复杂的生物分子相互作用。 Boltz-1 是第一个完全商业化的开源模型，在预测生物分子复合物的 3D 结构方面达到 AlphaFold3 级精度。

编辑 | KX分子表征已经从「图」扩展到「视频」了。 两年前，湖南大学的研究团队，开发了具有化学意识的深度学习框架 ImageMol，用于从大规模分子图像中学习分子结构，可准确预测分子特性和药物靶点。 现在，该研究团队将 ImageMol 进行了重大升级，提出一个基于分子视频的基础模型，称为 VideoMol，该模型在 1.2 亿帧的 200 万个未标记的类药物分子和生物活性分子上进行了预训练。

编辑 | 白菜叶Alena Khmelinskaia 希望设计定制蛋白质就像订餐一样简单。 她说，想象一下一台「自动售货机」，任何研究人员都可以使用它来指定他们想要的蛋白质的功能、大小、位置、分子伴侣或者其他特征。 「理想情况下，你会得到一个可以同时完成所有这些事情的完美设计。

编辑 | ScienceAIAlphaFold3 终于开源了。 六个月前 AlphaFold3 发布的时候，谷歌 DeepMind 没有公布其论文代码，因此引发了学界的巨大争议。 如今，DeepMind 于 11 月 11 日宣布，科学家现在可以免费下载软件代码，并将 AlphaFold3 用于非商业应用。

2024 年的诺贝尔化学奖颁发给了在结构生物学领域取得重大成就的 David Baker 团队和 AlphaFold 团队，激发了 AI for science 领域新的研究热潮。 近两年科学界一个饱受争议的命题是：“AlphaFold 是否终结了结构生物学？ ” 首先，AlphaFold 之类的结构预测模型的训练数据正是来自于以 X 射线、冷冻电镜（cryo-EM）等为代表的传统结构解析方法。

编辑 | 白菜叶基础模型正在成为医学领域的宝贵工具。 然而，尽管它们前景广阔，但在复杂的医学任务中如何最好地利用大型语言模型 (LLM) 仍是一个悬而未决的问题。 麻省理工学院、谷歌研究院和首尔国立大学医院的研究人员提出了一种新颖的多智能体框架，称为医疗决策智能体 (MDAgents)，它通过自动为 LLM 团队分配协作结构来帮助解决这一差距。

编辑 | KX生物世界的本质在于分子及其相互作用的不断变化。 了解生物分子的动力学和相互作用对于破译生物过程背后的机制，以及开发生物材料和药物至关重要。 正如诺贝尔物理学奖得主理查德·费曼（Richard Feynman）的名言：「所有生物体的行为都可以通过原子的颤动和摆动来理解。

编辑 | 萝卜皮近年来，随着生成式人工智能的发展，蛋白质结构预测和设计的能力显著提高。 然而，蛋白质生成模型在版权保护和生成有害内容（例如生物安全）方面面临着诸多问题。 生物大模型的构建和训练十分昂贵，有着保护模型版权和生成结果的现实需要；同时，需要有技术可靠地追踪和验证生成蛋白质结构，消除潜在的生物安全隐患。

编辑 | ScienceAI由上海人工智能实验室提出的 VirSci（Virtual Scientists）系统是一个基于大语言模型（LLM）的多智能体协作平台，专注于模拟科学家团队的合作过程，从而加速科研创新。 不同于以往的单智能体系统，VirSci 通过使用真实科学家的数据来模拟科学团队的多人协作，不仅可以通过团队成员的合作讨论来生成更具创新性和影响力的科研想法，还展现出作为「科学学」（Sci…

编辑 | 萝卜皮了解转录对化学扰动的反应是药物发现的核心，但对疾病化合物组合进行详尽的实验筛选是不可行的。 为了克服这一限制，中国科学院、四川大学华西医院的研究人员提出了 PRnet，这是一种扰动条件下的深度生成模型，可预测转录对从未在体细胞和单细胞水平上进行实验扰动的新化学扰动的反应。 评估表明，PRnet 在预测新化合物、新途径和新细胞系的反应方面优于已有方法。

编辑 | 萝卜皮深度神经网络模型的快速进步显著增强了从微生物序列数据中提取特征的能力，这对于解决生物学挑战至关重要。 然而，标记微生物数据的稀缺性和复杂性给监督学习方法带来了巨大的困难。 为了解决这些问题，山东大学的研究人员提出了 DNASimCLR，这是一个专为高效基因序列数据特征提取而设计的无监督框架。

编辑 | 萝卜皮近年来，基因编辑技术以及各种基因治疗方法使科学家能够改变活细胞内的基因。 然而，只影响特定细胞类型或组织中的基因，而不是影响整个生物体的基因，一直很困难。 部分原因是人们对控制基因表达和抑制的 DNA 开关 [即顺式调控元件 (CRE）] 的理解仍面临挑战。