研究人员利用人工智能（AI）设计了一种全新的酶，可以进行多步骤反应，这是天然酶的一个关键特征。他们制造的这种结构加速了对许多生物和工业过程至关重要的四步化学反应，包括塑料回收。
“这是酶工程的一个里程碑，”伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的合成生物学家Huimin Zhao说。“（这）表明，现在有可能设计出具有天然活性的酶，使它们在实际中发挥作用。”
早期使用人工智能从零开始设计酶的努力取得了有限的成功，通常在反应的第一步之后就会停滞不前。在2月13日发表在《科学》杂志上的最新研究中，研究人员通过结合几种机器学习方法克服了这一挑战。这种新酶在加速反应方面比以前设计的酶快6万倍。
早期的努力集中在调整现有酶的结构，以创造出工作更快或具有不同功能的新酶。但是这种方法使得创造能够进行多步骤反应的高效酶变得困难。
“这就像去旧货店买了一套西装，而那套西装可能并不完全适合你。当我们试图以这种方式设计酶时，就会发生这种情况，”该研究的合著者、西雅图华盛顿大学的蛋白质设计师Anna Lauko说。
Lauko和她的同事们想要构建一种酶，这种酶可以进行一种叫做丝氨酸水解的四步化学反应，其中包括破坏分子之间的酯键。丝氨酸水解酶是进行这种反应的天然酶，它们参与了许多生物过程，包括消化、脂肪代谢和凝血。
研究人员从一种名为RFdiffusion的人工智能工具开始，这是他们之前开发的一种程序，用于从头开始生成新的酶结构。然后，他们创建了一个名为PLACER的深度神经网络，通过模拟酶中原子的位置以及在反应的每一步中与之结合的分子，来改进结构设计。邹说，这种人工智能就像一个“过滤器”：它检查酶的活性位点——与分子相互作用的部分——是否兼容，是否正确地安排以进行反应的每一步。Zhao说，这是“非常创新的”。
