科学家用尖端人工智能揭开蛋白质的秘密

科学家用尖端人工智能揭开蛋白质的秘密 该工具由 KAUST 生物信息学研究员 Maxat Kulmanov 及其同事开发，在预测蛋白质功能方面优于现有的分析方法，甚至能够分析现有数据集中没有明确匹配的蛋白质。该模型被称为 DeepGO-SE，它利用了类似于 Chat-GPT 等生成式人工智能工具所使用的大型语言模型。然后，它根据蛋白质工作方式的一般生物学原理，利用逻辑蕴含得出关于分子功能的有意义的结论。从本质上讲，它通过构建部分世界模型（在本例中为蛋白质功能），并根据常识和推理推断出在这些世界模型中应该发生的事情，从而赋予计算机逻辑处理结果的能力。一种新的人工智能（AI）工具能对未知蛋白质的功能进行逻辑推理，有望帮助科学家揭开细胞内部的奥秘。图片来源：© 2024 KAUST; Ivan Gromicho他补充说："这种方法有很多应用前景，"KAUST 生物本体论研究小组负责人罗伯特-霍恩多夫（Robert Hoehndorf）说，"特别是当需要对神经网络或其他机器学习模型生成的数据和假设进行推理时。"库尔曼诺夫和霍恩多夫与KAUST的斯特凡-阿罗德（Stefan Arold）以及瑞士生物信息学研究所的研究人员合作，评估了该模型破译那些在体内作用未知的蛋白质功能的能力。该工具成功地利用了一种鲜为人知的蛋白质的氨基酸序列数据及其与其他蛋白质的已知相互作用，并精确地预测了其分子功能。该模型非常精确，在一次国际功能预测工具竞赛中，DeepGO-SE 在 1600 多种算法中名列前 20 位。KAUST 团队目前正在利用这一工具研究在沙特阿拉伯沙漠极端环境中生长的植物中发现的神秘蛋白质的功能。他们希望这些发现将有助于确定生物技术应用中的新型蛋白质，并希望其他研究人员也能使用这一工具。库尔曼诺夫解释说："DeepGO-SE分析未表征蛋白质的能力可以促进药物发现、代谢通路分析、疾病关联、蛋白质工程、筛选感兴趣的特定蛋白质等任务。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家发现制作良好植物性蛋白质的“终极方法”

科学家发现制作良好植物性蛋白质的“终极方法” 人们普遍认为，减少肉类和奶酪的消费，转而食用植物食品是有益的。然而，当我们在超市的冷藏区面对传统的动物性食品和环保的替代蛋白质之间做出选择时，我们并不总是做出具有环保意识的选择。尽管现在很多植物性食品都有很好的风味，但往往缺乏"正确"的口感。此外，一些植物蛋白替代品在加工过程中会消耗资源，因此并不具有可持续性。但是，如果有可能制造出可持续的、富含蛋白质且口感适宜的食品呢？哥本哈根大学的最新研究为这一设想提供了动力。关键是什么？蓝绿藻。这种蓝绿藻并不是夏天在海中成为毒汤的那种臭名昭著的蓝绿藻，而是无毒的蓝绿藻。在玻璃管中培养微藻的封闭式光生物反应器。图片来源：IGV 生物技术公司，CC BY-SA 3.0 DEED"蓝绿藻是一种活的生物体，我们已经能够让它们产生一种它们无法自然产生的蛋白质。尤其令人兴奋的是，这种蛋白质是以纤维状形成的，有点像肉类纤维。"食品科学系的 Poul Erik Jensen 教授说："我们有可能将这些纤维用于植物性肉类、奶酪或其他一些我们追求特殊口感的新型食品中。"在一项新的研究中，詹森和哥本哈根大学等机构的研究人员表明，通过将外来基因插入蓝藻，蓝藻可以作为新蛋白质的宿主生物。在蓝藻体内，这种蛋白质以细线或纳米纤维的形式组织起来。最少的加工 - 最大的可持续性全世界的科学家都把蓝藻和其他微藻作为潜在的替代食品。部分原因是蓝藻和其他微藻与植物一样，通过光合作用生长，部分原因是它们本身含有大量蛋白质和有益健康的多不饱和脂肪酸。"能够操纵一个活的生物体生产出一种新型蛋白质，并将其自身组织成线，这种程度是很少见的，而且非常有前途。此外，由于蓝藻依靠水、大气中的二氧化碳和太阳光生存，因此它是一种很容易持续生长的生物。这项成果赋予蓝藻作为可持续原料的更大潜力，"专门从事植物性食品和植物生物化学研究的普尔-埃里克-延森（Poul Erik Jensen）热情洋溢地说道。世界各地的许多研究人员都在努力为植物性食品（如豌豆和大豆）开发富含蛋白质的质地增强剂。然而，这需要大量的加工过程，因为需要将种子磨碎并从中提取蛋白质，以获得足够高的蛋白质浓度。"如果我们能在食品中利用整个蓝藻，而不仅仅是蛋白质纤维，就能最大限度地减少所需的加工量。"詹森说："在食品研究中，我们力求避免过多的加工，因为这不仅会影响食材的营养价值，还会消耗大量能源。"“明天的牛”教授强调说，从蓝藻开始生产蛋白质链还需要相当长的时间。首先，研究人员需要弄清楚如何优化蓝藻蛋白质纤维的生产。但詹森对此持乐观态度："我们需要对这些生物进行改良，以生产更多的蛋白质纤维，同时'劫持'蓝藻为我们工作。这有点像我们劫持奶牛为我们生产大量牛奶。只不过在这里，我们避免了任何有关动物福利的伦理考虑。我们不会在明天就达到目标，因为我们必须学会解决生物体内的一些新陈代谢难题。但我们已经在这个过程中了，我相信我们一定能成功，如果是这样，这就是制造蛋白质的终极方法。"一些国家已经开始工业化种植螺旋藻等蓝藻，主要用于健康食品。生产通常在露天下的“赛道池塘”中进行，或在光生物反应器室中进行，生物在玻璃管中生长。詹森认为，丹麦是建立"微藻工厂"生产加工蓝藻的理想之地。丹麦拥有具备适当技能的生物技术公司和高效的农业部门。"丹麦农业原则上可以生产蓝藻和其他微藻，就像今天生产乳制品一样。可以每天收获或挤出一部分细胞作为新鲜的生物质。通过浓缩蓝藻细胞，你可以得到一种看起来像香蒜酱，但含有蛋白质链的东西。只需极少的加工，它就可以直接加入食品中。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家在大米孔隙中培育牛肉细胞 制造富含蛋白质的新型太空食品

科学家在大米孔隙中培育牛肉细胞 制造富含蛋白质的新型太空食品 我们目前的耕作方式并不是特别可持续，而且随着数十亿人口的增加，预计对环境的影响只会越来越大。因此，未来的食物可能会与我们习惯的食物大相径庭，无论是在实验室里种植肉类、吃昆虫来获取蛋白质，还是激发微生物来生产营养粉末。现在，韩国的科学家们创造出了一种可能成为未来主食的新型食品牛肉-大米杂交食品。其原理类似于在实验室中培育肉类细胞，只不过这次他们是在米粒的孔隙中培育肉类细胞。这种结构为动物细胞提供了一个稳定的支架，而大米中的某些分子则帮助它们茁壮成长。研究人员首先在大米上涂一层鱼明胶，这有助于牛肉细胞的粘附。种上牛肌肉和脂肪干细胞后，大米被放置培养9到11天。最终得到的粉红色大米看起来有点恐怖，但完全符合食品安全标准，而且营养相当丰富。研究人员蒸煮了他们的牛肉饭，并进行了一系列食品工业分析，以调查这种非自然的创造。他们发现，与普通米饭相比，牛肉饭的蛋白质含量高出 8%，脂肪含量高出 7%，口感更硬更脆。据报道，含有更多肌肉细胞的牛肉饭闻起来更像牛肉或杏仁，而脂肪含量更高的牛肉饭闻起来更接近奶油、黄油或椰子油。牛肉-大米的环境足迹比传统养殖肉类小得多。研究人员估计，他们的研究成果每 100 克蛋白质释放的二氧化碳应少于 6.27 千克（13.82 磅），而牛肉则为 50 千克（110 磅）。成本也会低得多，牛肉-大米的成本约为每公斤 2.23 美元，而牛肉的成本为 14.88 美元。研究小组表示，牛肉-大米具有营养和环境效益，而且食品安全风险低、易于制造，因此是商业化的理想选择。在此之前，科学家们计划通过改善大米中的条件来提高其营养价值，以帮助牛肉细胞茁壮成长。在此之后，最后的障碍可能只是说服人们愿意吃它但公平地说，未来的许多食品都可以这样做。该研究的第一作者 Sohyeon Park 说："我们通常从牲畜身上获取所需的蛋白质，但牲畜生产需要消耗大量资源和水，并释放大量温室气体。我没想到细胞在水稻中生长得这么好。现在我看到了这种谷物杂交食品的无限可能。有朝一日，它可以作为饥荒救济粮、军粮，甚至太空食品。"这项研究发表在《物质》杂志上。 ... PC版： 手机版：

科学家混用贻贝和蚕的蛋白质开发出了一种内伤用敷料

科学家混用贻贝和蚕的蛋白质开发出了一种内伤用敷料 为了寻找一种性能更好的免洗替代品，韩国科学家最近将目光投向了贻贝和蚕。一段时间以来，研究人员一直在研究贻贝用来粘附潮间带岩石的天然粘合剂。这些研究的成果是生产出了这种粘合剂的合成版，可用于在潮湿环境中将物品粘合在一起。蚕也被放在显微镜下观察（无论是形象上还是字面上），因为蚕生产的丝纤维在强度上与蜘蛛丝不相上下，但却更容易生产（无论是天然的还是人工合成的）可用数量的丝纤维。韩国团队研制的新型敷料包含两层纳米纤维，分别由贻贝粘合蛋白（MAP）或一种被称为蚕丝纤维蛋白（SF）的蚕茧蛋白纺制而成。在直接与伤口接触的底层中使用了这两种纤维的组合。该层中的 MAP 纤维可确保良好的组织粘附性，而且还含有一种名为二羟基苯丙氨酸的化学物质，可促进血液凝固。敷料的表层完全由经过酒精处理的 SF 纤维组成，这些纤维有两个作用。首先，它们赋予敷料机械强度。其次，由于它们具有疏水性（拒水性），因此可以防止带有细菌的液体进入伤口下方，从而降低感染的几率。由于 MAP 和 SF 都具有生物相容性和生物降解性，敷料可以在体内无害溶解。在对老鼠进行的实验室测试中发现，使用这种敷料可以大大减少凝血时间和失血量。浦项科技大学（POSTECH）的Hyung Joon Cha教授说："我们已经验证了一种多功能局部粘合止血剂的卓越止血性能，这种止血剂来源于自然界，以人体内可降解的蛋白质为基础。我们将继续开展进一步研究，以评估其在实际病人护理或手术环境中的适用性。"有关这项研究的论文最近发表在《Small》杂志上，梨花女子大学和韩国天主教大学的科学家也参与了这项研究。 ... PC版： 手机版：

科学家发现的伞状蛋白质能靶向杀死特定细菌 有望治疗耐药性感染

科学家发现的伞状蛋白质能靶向杀死特定细菌 有望治疗耐药性感染 伞状抗菌毒素颗粒飘向细菌靶细胞并与之接触。这些毒素来自链霉菌，能有效抑制同属竞争物种的生长。资料来源：Angela Gao抗生素与细菌战具有讽刺意味的是，临床上使用的许多抗生素都直接来源于细菌在自然栖息地中用来对付对方的分子，或受到这些分子的启发。链丝菌用来对付竞争对手的化学武器是此类分子最丰富的来源之一。其中包括常见的广谱药物链霉素。这些新发现的抗菌毒素的不同之处在于，与链丝菌的小分子抗生素不同，伞状毒素是由多种蛋白质组成的大型复合物。与小分子抗生素相比，它们针对细菌的特异性也更强。《自然》论文的作者推测，伞状毒素的这些特性解释了为什么在对链丝菌产生的毒素进行长达 100 多年的研究中，这些毒素一直没有被发现。生物信息学和低温电子显微镜揭示新观点编码伞状毒素的基因最初是通过生物信息学搜索新的细菌毒素而发现的。在华盛顿大学医学院约瑟夫-穆格斯（Joseph Mougous）微生物实验室的赵琴琴领导的生化和遗传实验中，科学家们了解到这些毒素与其他蛋白质结合成一个大型复合体。这些蛋白质复合物的冷冻电子显微镜由 Young Park 在华盛顿大学医学院生物化学教授、霍华德-休斯医学研究所研究员 David Veesler 的实验室中完成。这些研究表明，秦琴分离出的毒素复合物具有与在西雅图发现的毒素复合物相称的醒目外观。它们看起来像雨伞。独特的结构和特异性华大医学院微生物学教授、霍华德-休斯医学研究员穆格斯指出："这些微粒的形状非常奇特，在未来的工作中，了解它们不同寻常的形态如何帮助它们消灭目标细菌将是一件非常有趣的事情。"随后，科学家们试图确定这些毒素的靶标，他们筛选了这些毒素对所有生物的影响，从真菌到 140 种不同的细菌，包括研究作者德文-科尔曼（Devin Coleman）在加州大学伯克利分校和美国农业部农业研究服务处的实验室中从高粱植物中提取的一些细菌。.在这些潜在的对手中，这些毒素专门针对自己的同类：其他链丝菌。"我们认为，这种精湛的特异性可能是由于组成伞辐条的蛋白质各不相同。"研究报告的作者、穆格斯实验室的资深科学家布鲁克-彼得森（S. Brook Peterson）评论说："这些蛋白质可能会吸附在竞争细菌表面的特定糖分上。"通过分析数千个公开的细菌基因组，研究报告的作者、圣路易斯大学的张大鹏（Dapeng Zhang）和他的研究生谭英俊（Youngjun Tan）发现，许多其他种类的细菌也有制造伞状颗粒毒素的基因。有趣的是，这些物种都形成了枝状菌丝，这在细菌中是一种不常见的生长模式。潜在的临床应用和更广泛的影响除了伞状毒素颗粒的基础生物学方面还有许多问题有待解答外，穆格斯和他的同事们对其潜在的临床应用也很感兴趣。他们怀疑导致肺结核和白喉的细菌可能对伞状毒素敏感。他们注意到这些细菌已经对传统抗生素产生了抗药性。科学家们认为，伞状毒素颗粒有可能制服这些严重的致病细菌，因此值得研究。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：