蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測對于生物醫(yī)學(xué)研究至關(guān)重要，揭示蛋白質(zhì)的功能機(jī)制、設(shè)計(jì)新的藥物和治療方法、理解疾病發(fā)生的分子基礎(chǔ)等等。通過預(yù)測蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)，科學(xué)家可以在實(shí)驗(yàn)測定之前對蛋白質(zhì)的潛在功能進(jìn)行假設(shè)和研究。

今天，小編整理了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測的幾種主要方法和工具，幫助大家更好地了解這一領(lǐng)域的前沿進(jìn)展。

1. AlphaFold 3

AlphaFold 3是由谷歌DeepMind開發(fā)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測工具，相較于前兩代，它不僅專長于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測，更拓展至DNA、RNA等生物分子的結(jié)構(gòu)解析與相互作用預(yù)測。預(yù)測的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)精度非常高，接近實(shí)驗(yàn)測定的水平。其核心結(jié)合了Transformer模型與Evoformer模塊處理多序列比對，理解進(jìn)化信息與氨基酸相互作用，提升預(yù)測準(zhǔn)確性。

AlphaFold3的一個重要特點(diǎn)是它提供了一個免費(fèi)的服務(wù)器，研究人員可以通過這個服務(wù)器提交預(yù)測請求，獲得蛋白質(zhì)、DNA、RNA以及相關(guān)分子復(fù)合物的結(jié)構(gòu)模型。需要注意的是，服務(wù)器的使用有一定的限制，每天的預(yù)測次數(shù)有限。

網(wǎng)址：https://alphafold.ebi.ac.uk/

2. SWISS-MODEL

SWISS-MODEL是一款采用同源建模法（homology modeling）進(jìn)行蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)預(yù)測的全自動在線平臺。只需提供氨基酸序列，SWISS-MODEL便能快速生成預(yù)測的蛋白三維結(jié)構(gòu)模型。SWISS-MODEL每周會根據(jù)UniProtKB蛋白組的數(shù)據(jù)對13種物種的所有序列進(jìn)行建模，預(yù)測精度非常高。

網(wǎng)址：https://www.swissmodel.expasy.org/

3. I-TASSER

I-TASSER是由張陽教授發(fā)明的，一種基于穿線法的結(jié)構(gòu)預(yù)測方法，首先通過增強(qiáng)型二級結(jié)構(gòu)的Profile-Profile Threading Alignment（PPA）搜索可能的蛋白質(zhì)折疊，然后通過迭代的Threading ASSEmbly Refinement（TASSER）程序來組裝和優(yōu)化模型。I-TASSER能夠預(yù)測蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)并提供關(guān)于蛋白質(zhì)功能的預(yù)測，包括蛋白質(zhì)-配體結(jié)合位點(diǎn)的識別等。

需要注意：使用需要教育賬號進(jìn)行注冊，一個賬號一次只能預(yù)測一個結(jié)構(gòu)。

網(wǎng)址：https://zhanggroup.org/I-TASSER/

4. Phyre2

Phyre2（Protein Homology/Analogy Recognition Engine Version 2）是Phyre的升級版，主要使用遠(yuǎn)程同源檢測的方法對蛋白序列進(jìn)行3D建模，預(yù)測配體結(jié)合位點(diǎn)和氨基酸變異影響( nonsynonymous SNPs)，Phyre2分析功能強(qiáng)大，界面簡潔，操作簡單，是一款很實(shí)用的蛋白結(jié)構(gòu)、功能和變異預(yù)測分析的在線工具。特別適合處理序列相似性較低的蛋白質(zhì)。

網(wǎng)址：http://www.sbg.bio.ic.ac.uk/phyre2/html/page.cgi?id=index

5. RoseTTAFold

RoseTTAFold是華盛頓大學(xué)David baker團(tuán)隊(duì)開發(fā)的基于“三軌（three-track）”模型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，信息在一維氨基酸序列信息、二維距離圖和三維坐標(biāo)之間來回流動，使網(wǎng)絡(luò)能夠共同推理序列內(nèi)部和之間的關(guān)系、距離和坐標(biāo)。

網(wǎng)址：https://www.cameo3d.org/

6. HelixFold-Single

HelixFold-Single結(jié)合了大規(guī)模蛋白質(zhì)語言模型（PLM）和AlphaFold2的幾何學(xué)習(xí)能力，能夠在無需多序列比對（MSA）的情況下進(jìn)行蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測，提供了秒級預(yù)測的速度，適用于大規(guī)模蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測。

網(wǎng)址：https://paddlehelix.baidu.com/app/drug/protein-single/forecast