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在医疗领域，要解决问题首先需要清晰地认识问题。无论是新型病毒感染，还是阿尔茨海默病患者大脑中形成的记忆窃取斑块，可视化体内的疾病过程是缓解人类痛苦的第一步。然而，这也是最困难且成本最高的环节。
2023 年 9 月 16 日，弗吉尼亚理工大学的计算机科学家在《细胞系统》期刊上发表了一项重大突破——人工智能工具 ProRNA3D-single，它正在将这些模糊不清的过程变得清晰可见。
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这项由计算机科学副教授 Debswapna Bhattacharya 及其团队开发的新工具，提供了一种更准确的方法来预测和可视化新型病毒和破坏性神经系统疾病攻击时我们体内发生的情况，为治疗或完全预防这些疾病开辟了新途径。
“ 最终目标是加速药物发现过程，防止 RNA 病毒与宿主蛋白相互作用，从而在感染发展为流行病之前阻止它们，或者抑制阿尔茨海默病中 RNA 结合蛋白功能的改变。”Bhattacharya 表示。,
生物学中的双语 ChatGPT
几十年来，科学家们一直在努力理解病毒核糖核酸（RNA）如何与人类蛋白质结合形成复杂的 3D 分子结构。这一点至关重要，因为这些结构控制着诸如 SARS-CoV- 2 等病原体是否能够传播，或者阿尔茨海默病等疾病是否会发作。
ProRNA3D-single 利用 AI 生成这些分子的精细 3D 图像，将两个现有的生物大型语言模型（LLM）——一个用于蛋白质，另一个用于 RNA 序列——结合在一起，创建了第三个模型，使这些 LLM 能够 ” 对话 ”。通过这些 ” 对话 ”，ProRNA3D-single 可以生成病毒 RNA 与体内蛋白质相互作用的 3D 结构模型。
“ 这基本上是两个不同大型语言模型的神经配对，导致双语推理。”Bhattacharya 解释道，” 从计算机科学的角度来看，这本身就是一种贡献。”,
聚焦疾病治疗
关于 SARS-CoV- 2 等新型病毒如何进化，或者痴呆症等疾病如何在分子水平上发展，人们知之甚少。但 ProRNA3D-single 有助于填补这些空白，并生成更准确的内部景观图。
“ 如果你还记得 COVID-19 大流行和实际上帮助很大的 mRNA 疫苗——这种疫苗之所以有效，是因为它是一种基于 RNA 的治疗方法。” 该项目的四年级博士生 Sumit Tarafder 说，”3D 建模蛋白质 -RNA 相互作用至关重要，这样我们才能知道药物实际上可以针对哪些引起疾病的分子。”
通过生成关于 RNA- 蛋白质相互作用的新数据，ProRNA3D-single 模型创造了可能导致一系列疾病的突破性治疗的见解。,
开放科学，全球影响
像 ProRNA3D-single 这样的创新方法并不容易。这个项目已经进行了两年的工作。作为公共利益科学，该项目获得了美国国立卫生研究院和国家科学基金会的资助。研究论文不仅开放获取，Bhattacharya 还使新工具本身免费供科学家自行尝试。
“ 我们不能过分强调投资科学以造福社会的重要性。我们相信，开放是让科学为每个人所接受的关键。”Bhattacharya 说，” 纳税人资助我们，所以我们有义务回馈社会，这就是为什么我们使我们的工作开源并公开可用。”
团队希望继续开发该工具，以提高其准确性，并获得更详细的各类生物过程模型。
