[所屬分類:行業(yè)動(dòng)態(tài)] [發(fā)布時(shí)間:2025-11-21] [發(fā)布人:楊曉燕] [閱讀次數(shù):] [返回]

我國科學(xué)家實(shí)現(xiàn)水溶液蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)探測(cè)
作者：甘曉  來源：中國科學(xué)報(bào)
山東拓普生物工程有限公司  http://xhztyn.cn
近日，國家納米科學(xué)中心研究員楊曉霞團(tuán)隊(duì)、香港大學(xué)教授張霜團(tuán)隊(duì)及上海交通大學(xué)教授戴慶團(tuán)隊(duì)聯(lián)手，將前沿紅外傳感技術(shù)與注入了物理知識(shí)的深度學(xué)習(xí)模型相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了在真實(shí)水溶液環(huán)境中，對(duì)納米尺度蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)動(dòng)態(tài)捕捉。相關(guān)研究成果在《科學(xué)進(jìn)展》上發(fā)表。
蛋白質(zhì)是生命的基石，但它們并非靜止不動(dòng)。實(shí)時(shí)“看清”它們?cè)谒�溶液中的結(jié)構(gòu)變化，是理解生命奧秘、開發(fā)新藥的關(guān)鍵。但是，水分子的強(qiáng)烈信號(hào)常常淹沒蛋白質(zhì)微弱的二級(jí)結(jié)構(gòu)信息，難度堪比在“狂風(fēng)暴雨”中聽清“耳語”。傳統(tǒng)的紅外光譜技術(shù)在攻克這個(gè)難題上一直收效甚微。
為此，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一套“雙劍合璧”的創(chuàng)新方案�！暗谝粍Α笔谴蛟斐�靈敏“信號(hào)放大器”。團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種石墨烯/金復(fù)合超表面?zhèn)鞲衅�。它能將光的能量高度壓縮，形成一個(gè)可與單個(gè)蛋白質(zhì)尺寸相當(dāng)?shù)摹盁狳c(diǎn)”區(qū)域（僅約13平方納米），將被測(cè)蛋白質(zhì)“鎖定”其中，同時(shí)將絕大多數(shù)“水噪音”排除在外。這使得過去無法捕獲的、極其微弱的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)變化信號(hào)得以清晰呈現(xiàn)。
“第二劍”是訓(xùn)練懂物理的“智能解碼器”。 傳統(tǒng)AI模型需要海量數(shù)據(jù)“投喂”才能學(xué)會(huì)分析，但在該領(lǐng)域高質(zhì)量數(shù)據(jù)極為稀缺 。為此，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新地開發(fā)了物理增強(qiáng)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（P-CNN）模型 。他們通過遷移學(xué)習(xí)，先將光譜學(xué)的物理規(guī)律“教會(huì)”AI，讓它自帶“先驗(yàn)知識(shí)”上崗 ；同時(shí)引入合成復(fù)頻率波的損耗補(bǔ)償機(jī)制，從而顯著提升二級(jí)結(jié)構(gòu)的光譜特征對(duì)比度。這一設(shè)計(jì)使PE-CNN僅依靠少量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)即可實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確的二級(jí)結(jié)構(gòu)比例解析，無需復(fù)雜數(shù)據(jù)預(yù)處理。
這項(xiàng)“傳感+AI”的新方法，不僅為在真實(shí)生理環(huán)境下驗(yàn)證AlphaFold等蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)模型提供了關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)依據(jù)，也為研究復(fù)雜生物分子相互作用、推動(dòng)藥物篩選和仿生制造等領(lǐng)域開辟了新路徑。
相關(guān)論文信息：http://doi.org/10.1126/sciadv.adw0783
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