AI一小时预测出奥密克戎变体结构，误差仅半个原子直径

　　就在这两天，＂天津迎战新冠变异病毒奥密克戎（Omicron）＂引发了高度关注。
　　奥密克戎最早发现于南非，并且席卷了大半个世界，在被发现时已经传播三代。天津作为此次防疫＂主战场＂，截至昨日 12 时，已经累计 97 例阳性。抗击疫情，刻不容缓。
　　而与此同时，全球科学家对奥密克戎的研究也没有停滞。来自北卡罗来纳大学夏洛特分校的 Colby Ford 研究团队，便在近日发布了其最新研究成果：
　　利用 AI 技术，几乎准确地预测了奥密克戎的复杂结构 。
　　他们的工作可以说是＂站在巨人的肩膀上＂，具体而言，就是利用AlphaFold2 和 RoseTTAFold，由此预测出了 3D 蛋白质结构。
　　在论文中，Ford 对研究结果是这样总结的：
　　奥密克戎受体结合域（RBD）的一些结构变化，可能会减少抗体相互作用，但不会完全避开现有的中和性抗体。
　　简单来说，就是现有疫苗对奥密克戎病毒有用，但由于其结构的改变，降低了抗体的识别能力。这就能解释，为何现有的奥密克戎感染病例中有已经打过疫苗的患者了。
　　但这项研究所提供更深远的意义，正如《连线》杂志评价的那样：
　　可以为未来的药物指明方向。AI 一小时预测奥密克戎结构
　　关于这项研究，还得追溯到去年的 11 月 27 日。
　　当日凌晨，世卫组织将这个新冠＂最凶变种＂正式命名为 Omicron。
　　而就在第二天，不列颠哥伦比亚大学（UBC）的 Sriram Subramaniam便火速下载了发布在网上的基因序列组，还安排把奥密克戎的 DNA 样本运送到实验室中。
　　他们想采用的方法是通过显微镜来揭示奥密克戎的蛋白质 3D 结构。
　　与此同时，Colby Ford 也在密切关注着这件事情。也是在世卫组织正式命名的前后脚，他尝试用免费的 AI 软件，从奥密克戎基因组编码的氨基酸序列中预测其结构 。
　　仅仅 1 小时之后，Ford 便得到了他的第一个结果，并且很快将它们发布到了网上。Subramaniam 则是在 12 月 21 日，发表了他们通过显微镜得到的结果。
　　最终结果表明，Ford 用 AI 技术预测的 2 个蛋白质结构中，有一个被证明是与 Subramaniam 真实观测结果高度接近 ——
　　中心原子的位置误差只有约半埃（大约是氢原子的半径） 。
　　不过 Ford 认为，对于新冠这类病毒，研究上的时效显得格外重要 ，毕竟其传播的凶猛程度也是有目共睹的。
　　至于 Ford 所采用的 AI 方法，也正如刚才提到的，是基 AlphaFold2 和 RoseTTAFold。整体而言，他的研究主要包含三大方面。
　　第一步，是 监测变种（VBM）和关切变种（VOC）的序列比较 。
　　Ford 团队下载了新冠病毒的参考基因组，以及各种 VOC 和 VBM 的前 100 个全基因组序列。对这些基因组再进行一个＂对齐＂和＂修剪＂的工作，最终留下了 1026 条序列。
　　基于此，Ford 对这 1026 条序列进行＂注释＂，再根据序列相似性确定了该序列上的受体结合基序。然后，他们用 MEGA11.0.10 版计算每对序列之间的成对 p-距离，再使用标准翻译表将尖峰蛋白的这个变体核苷酸序列翻译成氨基酸。
　　最终对该序列进行修剪，使其只包含穗状蛋白的 RBD（第 319 至 541 位）。
　　第二步，是  RBD 的结构预测 。
　　Ford 在这一步中，基于上面得到奥密克戎衍生 RBD 氨基酸序列，使用 AlphaFold2 和 RoseTTAFold 创建了预测的 3D 蛋白质结构。
　　基于 AlphaFold2 的预测，是在＂单一序列＂模式下使用 PTM 方法（predicted TM-score）运行。而基于 RoseTTAFold 的预测，则是用＂mmseqs2＂模式运行的。
　　这两个系统都产生了奥密克戎的预测 RBD 结构，以及围绕多序列比对覆盖率、预测比对误差（PAE）和预测置信度（pLDDT）等指标。
　　第三步，中和抗体相互作用模拟 。
　　在这个步骤中，Ford 团队基于上面得到的奥密克戎 RBD 预测结构，模拟了与四个现有中和抗体结构的相互作用（分别为 C105, CC12.1, CC12.3, and CV30）。
　　在这个过程中，他们只使用抗体结构的一个单片段抗原结合（Fab）区域，作为对接的位置。接下来，他们用到了生物分子建模软件 HADDOCK，来预测 RBD 表位与中和抗体结构的副体之间的结合亲和力。
　　最后，Ford 团队将实际复合物（即真正的 RBD 结构和 Fab）与奥密克戎的预测 RBD 结构（有相同的 Fab）的指标进行了比较。
　　从实验结果上来看，现有的中和抗体可能仍然会与奥密克戎变异的突变刺突蛋白结合。然而，与参考 RBD 结构相比，奥密克戎的 RBD 对中和抗体的亲和力似乎降低了 。
　　AlphaFold2 和 RoseTTAFold 的结果都表明，以前感染的抗体至少会对奥密克戎提供一些保护。也正因如此，加之此次奥密克戎患者的症状并没有此前德尔塔那般严重，许多人都把它比作＂大号感冒＂。
　　但事实是否真的如此呢？张伯礼：奥密克戎并非＂大号感冒＂
　　也就在天津这两天天津疫情被高度关注之际，国内专家已经站出来对＂大号感冒＂的说法做出了解释。
　　国家传染病医学中心主任张文宏认为：对于已经获得免疫力的人来讲，它是个＂大号流感＂。
　　如果你的免疫力不够强大，奥密克戎不是＂大号流感＂；如果没有很好的医疗资源，奥密克戎是会＂咬人＂的。
　　中国工程院院士张伯礼也表示：
　　奥密克戎和＂大号流感＂并不一样，在国外大概有百分之五六十的病人出现了持续症状或后遗症，但一般的流感不会出现这么多。
　　而就在最近，世卫组织也对奥密克戎发出警告，称＂尽管其毒性可能较弱，但不能低估了它＂。甚至还做出了＂或在 6 到 8 周内感染半数以上欧洲人＂的预测。因此，做好防疫措施依然是重中之重。
　　对此，汕头大学病毒学专家常荣山建议，＂没有准备 N95 或 KN95 口罩的天津市民，外出时应当戴双层外科口罩，或在布口罩外面套戴一个外科口罩增强密闭性＂。
　　他表示：
　　叠加两个口罩的保护效果为 90%，即可以减少 90% 的传染概率，而单个口罩的效果则为 70%。
　　参考链接：
　　[1]https://www.wired.com/story/ai-software-nearly-predicted-omicrons-tricky-structure/
　　[2]https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2021.12.03.471024v4.full
　　[3]https://baijiahao.baidu.com/s?id=1721544674645640819&amp ;amp;wfr=spider&for=pc