蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-08-09
蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的實(shí)例教程
2020年11月30日，該人工智能程序在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)大賽CASP 14中，對(duì)大部分蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)與真實(shí)結(jié)構(gòu)只差一個(gè)原子的寬度，達(dá)到了人類(lèi)利用冷凍電子顯微鏡等復(fù)雜儀器觀察預(yù)測(cè)的水平，這是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)史無(wú)前例的巨大進(jìn)步。這一重大成果雖然沒(méi)有引起媒體和廣大民眾的關(guān)注，但生物領(lǐng)域的科學(xué)家反應(yīng)強(qiáng)烈。
目前，AlphaFold2的源代碼已經(jīng)在GitHub上公開(kāi)，而且現(xiàn)在科學(xué)家正在利用AlphaFold2對(duì)已有的蛋白數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行高通量的預(yù)測(cè)，建立了一些模式生物物種所有蛋白的AlphaFold2預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)（https://alphafold.ebi.ac.uk/）。
可以看到，雖然利用AlphaFold2預(yù)測(cè)了這么多生物的數(shù)據(jù)庫(kù)，但是并未覆蓋所有的蛋白序列數(shù)據(jù)庫(kù)，所以只有搭建本地的AlphaFold2服務(wù)，你才能用AlphaFold2隨心所欲的預(yù)測(cè)自己研究蛋白的結(jié)構(gòu)。
接下來(lái)將給大家介紹AlphaFold2的使用方法，在北鯤云上免安裝使用。對(duì)于沒(méi)有Linux基礎(chǔ)或本地硬件配置不足的人，僅需1分鐘即可成功提交蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)任務(wù)，能夠省去很多麻煩。
二、在北鯤云使用AlphaFold2進(jìn)行蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)
1. 選擇AlphaFold2
在“應(yīng)用中心”搜索AlphaFold2軟件并選中，在右側(cè)彈出的軟件詳情欄中點(diǎn)擊“提交作業(yè)”。
2. 選擇可視化模板提交
推薦選擇可視化“模板提交”的方式提交作業(yè)，平臺(tái)已為AlphaFold2內(nèi)置了幾個(gè)可視化模板，按要求填寫(xiě)相應(yīng)參數(shù)即可提交預(yù)測(cè)任務(wù)。
3.
展開(kāi) 同樣是在云計(jì)算的加持之下谷歌旗下的DeepMind公司讓蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)取得了突破性進(jìn)展，其研發(fā)的AlphaFold2，可以說(shuō)是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的里程碑。蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，每個(gè)蛋白質(zhì)的氨基酸鏈扭曲、折疊、纏繞成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。科學(xué)界采用了多種技術(shù)手段解析這種結(jié)構(gòu)，都需要花很長(zhǎng)的時(shí)間，甚至難以完成。但通過(guò)云計(jì)算能夠大大加速蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)進(jìn)程。值得一提的是，北鯤云超算平臺(tái)已經(jīng)預(yù)安裝了AlphaFold2，用戶在登陸后可以直接使用該軟件。
除了能夠加速科研進(jìn)程之外，云計(jì)算的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于數(shù)據(jù)歸檔，這也是研究人員在跟北鯤云超算平臺(tái)簽署服務(wù)器租約最關(guān)心的問(wèn)題。如果北鯤云超算SaaS平臺(tái)因?yàn)槟撤N原因關(guān)閉，或者研究人員決定換成不同的系統(tǒng)，北鯤云超算SaaS平臺(tái)也會(huì)明確給出提取數(shù)據(jù)的路徑。北鯤云超算平臺(tái)提供的服務(wù)允許將所有的東西都刻在光盤(pán)上并且把一大摞硬盤(pán)給用戶，用戶不用擔(dān)心‘嫁給’云一輩子。
然而對(duì)于通用的存儲(chǔ)來(lái)說(shuō)，云可以提供意外事故和本地災(zāi)害的保護(hù)，因?yàn)樵品?wù)一般會(huì)在多個(gè)地點(diǎn)復(fù)制數(shù)據(jù)。“可能其中一個(gè)數(shù)據(jù)中心被流星擊中，另一個(gè)中心又有火山爆發(fā)，但是你還是能夠得到另一個(gè)數(shù)據(jù)備份。這就是云平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)。
展開(kāi) 北鯤云超算平臺(tái)在AlphaFold2對(duì)蛋白質(zhì)研究中有何作用？
受人工智能和深度學(xué)習(xí)技術(shù)發(fā)展較快等因素影響，結(jié)構(gòu)生物學(xué)數(shù)據(jù)的研究也開(kāi)始迎來(lái)了嶄新的階段，針對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)也出現(xiàn)了一些新的方法，并獲得了突破性進(jìn)展。目前，最為前沿的技術(shù)當(dāng)屬AlphaFold2以及RoseTTAFold，這些技術(shù)對(duì)行業(yè)的影響可謂是顛覆性的。特別是國(guó)內(nèi)已經(jīng)有北鯤云這類(lèi)的企業(yè)和一些高校以及科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行合作，在北鯤云超算平臺(tái)的支持下，AlphaFold2的優(yōu)越性會(huì)更好地發(fā)揮出來(lái)，甚至有很多人士認(rèn)為，實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)生物學(xué)會(huì)逐漸地成為過(guò)去式，最終退出歷史舞臺(tái)。
問(wèn)題來(lái)了，AlphaFold2的運(yùn)行原理是怎樣的，它的重要性又具體體現(xiàn)在哪些方面呢？要了解這些問(wèn)題的答案，還要從蛋白質(zhì)序列的研究說(shuō)起。業(yè)界人士都知道，蛋白質(zhì)折疊是生物物理領(lǐng)域最重要的研究課題之一，在過(guò)去的五十年時(shí)間里，這一課題的研究都因?yàn)楦鞣N各樣的技術(shù)問(wèn)題而受阻。其中很重要的一個(gè)原因是，蛋白質(zhì)序列和結(jié)構(gòu)之間屬于高維到高維的映射關(guān)系，常規(guī)的數(shù)學(xué)或物理的方法難以對(duì)這些關(guān)系進(jìn)行分析。
最近幾年，實(shí)驗(yàn)技術(shù)得到了進(jìn)一步的提升，新一代測(cè)序技術(shù)和蛋白質(zhì)晶體學(xué)以及冷凍電鏡等結(jié)構(gòu)生物學(xué)方法開(kāi)始得到大量應(yīng)用，豐富的蛋白質(zhì)序列和結(jié)構(gòu)信息得以積累，這無(wú)疑為使用基于北鯤云的人工智能技術(shù)對(duì)序列-結(jié)構(gòu)間關(guān)系進(jìn)行研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。自從2016的CASP12競(jìng)賽開(kāi)始，深度學(xué)習(xí)技術(shù)就廣泛地在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用，使得結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度得到了質(zhì)的提升。
AlphaFold2的獨(dú)到之處在于，它采用全新算法設(shè)計(jì)，這種算法和之前的方式具有很大的區(qū)別，比如在生物物理層面，該技術(shù)所采用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其序列信息和氨基酸殘基相互作用圖譜間實(shí)現(xiàn)了升級(jí)，和蛋白質(zhì)折疊的物理機(jī)理可以更好地進(jìn)行吻合。另外，基于這種技術(shù)的模型還能夠?qū)崿F(xiàn)端對(duì)端的精準(zhǔn)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)，可以極大地提升分析效率。
展開(kāi) 擁有10多年國(guó)際知名企業(yè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)、篩選、生命科學(xué)等相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，是蛋白結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法RaptorX核心開(kāi)發(fā)者、蛋白結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法tFold項(xiàng)目帶頭人，并先后在芝加哥大學(xué)TTIC、KAUST以及騰訊AI Lab等科研機(jī)構(gòu)與跨國(guó)公司擔(dān)任要職，負(fù)責(zé)過(guò)多個(gè)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)和上市產(chǎn)品。
擁有制定多個(gè)產(chǎn)品研發(fā)和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)開(kāi)發(fā)的成功經(jīng)驗(yàn)，至今已在國(guó)際權(quán)威期刊上發(fā)表論文60多篇，H-index為31，總引用次數(shù)高達(dá)6,387次。近期，王晟博士入選美國(guó)斯坦福大學(xué)發(fā)布2021年度“全球前2%頂尖科學(xué)家榜單”(World's Top 2% Scientists 2021)。
黃韜
智藥科技 創(chuàng)始人
清華大學(xué)工學(xué)學(xué)士（2004），中國(guó)科學(xué)院理學(xué)碩士（2007），香港浸會(huì)大學(xué)藥學(xué)博士（2017），主要研究方向?yàn)橛?jì)算藥物發(fā)現(xiàn)(Computational Drug Discovery)，在小分子和大分子藥物設(shè)計(jì)領(lǐng)域具有豐富經(jīng)驗(yàn)。2018年，黃韜博士作為創(chuàng)始人創(chuàng)立智藥科技。
馬睿
峰瑞資本 合伙人
清華大學(xué)學(xué)士和碩士，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)工程學(xué)博士。
展開(kāi) 在生命科學(xué)領(lǐng)域，隨著云計(jì)算在多個(gè)行業(yè)的深度應(yīng)用，也帶來(lái)了分子篩選模型日益復(fù)雜，數(shù)據(jù)倍增、計(jì)算費(fèi)用昂貴等問(wèn)題，基因測(cè)序、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)與人工智能、云計(jì)算等多種技術(shù)的深度融合，成為了生命科學(xué)的重要發(fā)展趨勢(shì)。
許多云計(jì)算廠商都對(duì)于生命科學(xué)行業(yè)所面臨的痛點(diǎn)，做出了相應(yīng)的改善方案，但公有云提供豐富算力資源的成本也就造成了計(jì)算費(fèi)用昂貴的必然局面。此外，公有云廠商無(wú)法將用戶場(chǎng)景細(xì)化到每一軟件環(huán)節(jié)，這也就意味著想要切實(shí)解決生命科學(xué)行業(yè)用戶的痛點(diǎn)，技術(shù)層面必須繼續(xù)下沉，北鯤云超算平臺(tái)將生命科學(xué)行業(yè)常用的軟件內(nèi)置于平臺(tái)，切實(shí)解決了用戶安裝軟件的麻煩，同時(shí)，通過(guò)北鯤云平臺(tái)自身有利條件將云算力價(jià)格降低至可以于超算中心的價(jià)格持平，同時(shí)不降低云計(jì)算的速度。這對(duì)于生命科學(xué)行業(yè)用戶格外友好。
那么北鯤云超算平臺(tái)能夠?yàn)樯茖W(xué)行業(yè)用戶提供哪些軟件常用的軟件呢？除了BWA、NCBI、SAM Tools、VCFtools、Bamtools、repeatmark這些常用的軟件之外，隨著生命科學(xué)行業(yè)發(fā)展，軟件不斷的升級(jí)與更新，北鯤云平臺(tái)在AlphaFold2發(fā)布的第一時(shí)間安裝了這款結(jié)構(gòu)生物學(xué)里程碑式的軟件。北鯤云超算平臺(tái)可以幫助用戶安裝任何一款所需要運(yùn)行的軟件。憑借自身豐富的CPU、GPU資源可以幫助用戶快速安裝軟件啊，對(duì)于一般情況下，需要幾天甚至一周才能完成安裝的軟件，北鯤云超算平臺(tái)能夠大大提高軟件的安裝效率。
北鯤云生命科學(xué)軟件列表
目前，北鯤云超算平臺(tái)的軟件也在持續(xù)增加。在未來(lái)，北鯤云超算平臺(tái)也會(huì)持續(xù)更新軟件庫(kù)，
為用戶提供更為豐富的軟件資源。
展開(kāi) 
蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的相關(guān)專(zhuān)題、標(biāo)簽、搜索
蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的最新內(nèi)容
前 言
關(guān)于隔聲問(wèn)題及實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法
隔聲問(wèn)題及實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法隔聲問(wèn)題，一般討論的是物體一側(cè)的聲波透過(guò)物體傳遞到另外一側(cè)的問(wèn)題。隔聲越好，消聲作用越強(qiáng)，物體另一側(cè)透過(guò)的聲音越小。隔聲的定量描述，即聲學(xué)透射系數(shù)tI的倒數(shù)，實(shí)用中常用分貝來(lái)度量，表達(dá)如下：
TL=10log10(1/tI)
實(shí)驗(yàn)測(cè)量時(shí)，則需要在專(zhuān)業(yè)的聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。下圖是兩種專(zhuān)門(mén)用來(lái)測(cè)量隔聲量的實(shí)驗(yàn)室。
前 言
關(guān)于隔聲問(wèn)題及實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法
隔聲問(wèn)題及實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法隔聲問(wèn)題，一般討論的是物體一側(cè)的聲波透過(guò)物體傳遞到另外一側(cè)的問(wèn)題。隔聲越好，消聲作用越強(qiáng)，物體另一側(cè)透過(guò)的聲音越小。隔聲的定量描述，即聲學(xué)透射系數(shù)tI的倒數(shù)，實(shí)用中常用分貝來(lái)度量，表達(dá)如下：
TL=10log10(1/tI)
實(shí)驗(yàn)測(cè)量時(shí)，則需要在專(zhuān)業(yè)的聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。下圖是兩種專(zhuān)門(mén)用來(lái)測(cè)量隔聲量的實(shí)驗(yàn)室。
圖1
多結(jié)構(gòu)干涉案例分析
簡(jiǎn)介
在光學(xué)領(lǐng)域，多結(jié)構(gòu)干涉現(xiàn)象是光波傳播過(guò)程中的重要特性，其形成機(jī)制源于光波在多個(gè)界面或結(jié)構(gòu)間的多次反射與透射，進(jìn)而引發(fā)光波相位和振幅的改變，最終產(chǎn)生復(fù)雜多樣的干涉圖樣。本案例使用 OAS 光學(xué)軟件，對(duì)多結(jié)構(gòu)干涉現(xiàn)象進(jìn)行精準(zhǔn)模擬與分析，旨在為相關(guān)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用提供可靠的技術(shù)支持與理論參考。
案例設(shè)置與操作
參數(shù)設(shè)置
本案例為模擬多結(jié)構(gòu)干涉現(xiàn)象
就像AlphaFold預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)那樣，預(yù)見(jiàn)尚未被明確定義的機(jī)械行為范式。
隨后，我們將詳細(xì)闡述模擬的具體步驟，包括結(jié)構(gòu)準(zhǔn)備（如蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)、小分子結(jié)構(gòu)優(yōu)化等）、相互作用模擬（如分子對(duì)接、分子動(dòng)力學(xué)模擬等）以及結(jié)果分析（如相互作用能計(jì)算、軌跡分析等）。在每個(gè)步驟中，我們都會(huì)結(jié)合具體的案例和實(shí)例，詳細(xì)解釋操作步驟和注意事項(xiàng)，幫助讀者更好地理解和掌握。
具體流程：
一、預(yù)處理復(fù)合物
1.
導(dǎo)語(yǔ)
焊接是汽車(chē)制造過(guò)程中一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，白車(chē)身、發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)和變速箱等都離不開(kāi)焊接工藝的應(yīng)用，主要涉及氣保焊、電阻點(diǎn)焊、激光焊、電子束焊等多種焊接工藝。由于汽車(chē)車(chē)型眾多、成形結(jié)構(gòu)復(fù)雜、汽車(chē)制造質(zhì)量、效率、成本等方面的綜合要求。如何高效、低成本的研發(fā)出合理的焊接工藝，對(duì)焊接工藝工程師無(wú)疑是個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
傳統(tǒng)的焊接工藝開(kāi)發(fā)，需要依靠工藝開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)以及大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累，而對(duì)于新的焊接工藝開(kāi)發(fā)
Odyssee
是海克斯康工業(yè)軟件旗下的一款跨學(xué)科、跨領(lǐng)域、跨專(zhuān)業(yè)的軟件產(chǎn)品，基于機(jī)器學(xué)習(xí)模型，能夠?qū)崿F(xiàn)秒級(jí)實(shí)時(shí)的CAE靜態(tài)、動(dòng)態(tài)仿真、圖像識(shí)別、智能預(yù)測(cè)等，顯著縮短計(jì)算分析周期，提高生產(chǎn)效率。對(duì)于車(chē)身結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性（振動(dòng)傳遞函數(shù)）的研究，一般是通過(guò)試驗(yàn)手段或者有限元仿真方法。但試驗(yàn)的方法無(wú)論在時(shí)間成本還是金錢(qián)成本方面都比較高，采用有限元分析方法計(jì)算車(chē)身結(jié)構(gòu)的振動(dòng)傳遞函數(shù)
Odyssee是海克斯康工業(yè)軟件旗下的一款跨學(xué)科、跨領(lǐng)域、跨專(zhuān)業(yè)的軟件產(chǎn)品，基于機(jī)器學(xué)習(xí)模型，能夠?qū)崿F(xiàn)秒級(jí)實(shí)時(shí)的CAE靜態(tài)、動(dòng)態(tài)仿真、圖像識(shí)別、智能預(yù)測(cè)等，顯著縮短計(jì)算分析周期，提高生產(chǎn)效率。對(duì)于車(chē)身結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性（振動(dòng)傳遞函數(shù)）的研究，一般是通過(guò)試驗(yàn)手段或者有限元仿真方法。但試驗(yàn)的方法無(wú)論在時(shí)間成本還是金錢(qián)成本方面都比較高，采用有限元分析方法計(jì)算車(chē)身結(jié)構(gòu)的振動(dòng)傳遞函數(shù)
蛋白-蛋白對(duì)接基礎(chǔ)
目標(biāo)：了解基于序列和基于結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)復(fù)合物預(yù)測(cè)手段。
7 translat和rotation mover
7.1 low resolution的全局搜索
7.2 high resolution的精細(xì)調(diào)整
7.3 foldtree
七.
蛋白-蛋白對(duì)接基礎(chǔ)
目標(biāo)：了解基于序列和基于結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)復(fù)合物預(yù)測(cè)手段。
7 Translat和rotation mover
7.1 Low resolution的全局搜索
7.2 High resolution的精細(xì)調(diào)整
7.3 FoldTree
AM10:00~10:50
七.
