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核心提示：近日，來自北卡羅來納大學(xué)夏洛特分校的Colby Ford研究團隊，利用AI技術(shù)，幾乎準確地預(yù)測了奧米克戎的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
就在這兩天，“天津迎戰(zhàn)新冠變異病毒奧密克戎（Omicron）”引發(fā)了高度關(guān)注。
奧密克戎最早發(fā)現(xiàn)于南非，并且席卷了大半個世界，在被發(fā)現(xiàn)時已經(jīng)傳播三代。
天津作為此次防疫“主戰(zhàn)場”，截至昨日12時，已經(jīng)累計97例陽性。
抗擊疫情，刻不容緩。
而與此同時，全球科學(xué)家對奧密克戎的研究也沒有停滯。
來自北卡羅來納大學(xué)夏洛特分校的Colby Ford研究團隊，便在近日發(fā)布了其最新研究成果：
利用AI技術(shù)，幾乎準確地預(yù)測了奧米克戎的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
他們的工作可以說是“站在巨人的肩膀上”，具體而言，就是利用 AlphaFold2和RoseTTAFold，由此預(yù)測出了3D蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。
在論文中，F(xiàn)ord對研究結(jié)果是這樣總結(jié)的：
奧密克戎受體結(jié)合域（RBD）的一些結(jié)構(gòu)變化，可能會減少抗體相互作用，但不會完全避開現(xiàn)有的中和性抗體。
簡單來說，就是現(xiàn)有疫苗對奧密克戎病毒有用，但由于其結(jié)構(gòu)的改變，降低了抗體的識別能力。
這就能解釋，為何現(xiàn)有的奧密克戎感染病例中有已經(jīng)打過疫苗的患者了。
但這項研究所提供更深遠的意義，正如《連線》雜志評價的那樣：
可以為未來的藥物指明方向。
AI一小時預(yù)測奧密克戎結(jié)構(gòu)
關(guān)于這項研究，還得追溯到去年的11月27日。
當(dāng)日凌晨，世衛(wèi)組織將這個新冠“最兇變種”正式命名為Omicron。
而就在第二天，不列顛哥倫比亞大學(xué)（UBC）的Sriram Subramaniam 便火速下載了發(fā)布在網(wǎng)上的基因序列組，還安排把奧密克戎的DNA 樣本運送到實驗室中。
他們想采用的方法是通過顯微鏡來揭示奧密克戎的蛋白質(zhì)3D結(jié)構(gòu)。
與此同時，Colby Ford也在密切關(guān)注著這件事情。
也是在世衛(wèi)組織正式命名的前后腳，他嘗試用免費的AI軟件，從奧密克戎基因組編碼的氨基酸序列中預(yù)測其結(jié)構(gòu)。
僅僅1小時之后，F(xiàn)ord便得到了他的第一個結(jié)果，并且很快將它們發(fā)布到了網(wǎng)上。
Subramaniam則是在12月21日，發(fā)表了他們通過顯微鏡得到的結(jié)果。
最終結(jié)果表明，F(xiàn)ord用AI技術(shù)預(yù)測的2個蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中，有一個被證明是與Subramaniam真實觀測結(jié)果高度接近——
中心原子的位置誤差只有約半埃（大約是氫原子的半徑）。
不過Ford認為，對于新冠這類病毒，研究上的時效顯得格外重要，畢竟其傳播的兇猛程度也是有目共睹的。
至于Ford所采用的AI方法，也正如剛才提到的，是基AlphaFold2和RoseTTAFold。
整體而言，他的研究主要包含三大方面。
第一步，是監(jiān)測變種（VBM）和關(guān)切變種（VOC）的序列比較。
Ford團隊下載了新冠病毒的參考基因組，以及各種VOC和VBM的前100個全基因組序列。
對這些基因組再進行一個“對齊”和“修剪”的工作，最終留下了1026條序列。
基于此，F(xiàn)ord對這1026條序列進行“注釋”，再根據(jù)序列相似性確定了該序列上的受體結(jié)合基序。
然后，他們用MEGA11.0.10版計算每對序列之間的成對p-距離，再使用標準翻譯表將尖峰蛋白的這個變體核苷酸序列翻譯成氨基酸。
最終對該序列進行修剪，使其只包含穗狀蛋白的RBD（第319至541位）。
第二步，是RBD的結(jié)構(gòu)預(yù)測。
Ford在這一步中，基于上面得到奧密克戎衍生RBD氨基酸序列，使用AlphaFold2和RoseTTAFold創(chuàng)建了預(yù)測的3D蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。
基于AlphaFold2的預(yù)測，是在 “單一序列 “模式下使用PTM方法（predicted TM-score）運行。
而基于RoseTTAFold的預(yù)測，則是用 “mmseqs2 “模式運行的。
這兩個系統(tǒng)都產(chǎn)生了奧密克戎的預(yù)測RBD結(jié)構(gòu)，以及圍繞多序列比對覆蓋率、預(yù)測比對誤差（PAE）和預(yù)測置信度（pLDDT）等指標。
第三步，是 中和抗體相互作用模擬。
在這個步驟中，F(xiàn)ord團隊基于上面得到的奧密克戎RBD預(yù)測結(jié)構(gòu)，模擬了與四個現(xiàn)有中和抗體結(jié)構(gòu)的相互作用（分別為C105, CC12.1, CC12.3, and CV30）。
在這個過程中，他們只使用抗體結(jié)構(gòu)的一個單片段抗原結(jié)合（Fab）區(qū)域，作為對接的位置。
接下來，他們用到了生物分子建模軟件HADDOCK，來預(yù)測RBD表位與中和抗體結(jié)構(gòu)的副體之間的結(jié)合親和力。
最后，F(xiàn)ord團隊將實際復(fù)合物（即真正的RBD結(jié)構(gòu)和Fab）與奧密克戎的預(yù)測RBD結(jié)構(gòu)（有相同的Fab）的指標進行了比較。
……
而從實驗結(jié)果上來看，現(xiàn)有的中和抗體可能仍然會與奧密克戎變異的突變刺突蛋白結(jié)合。
然而，與參考RBD結(jié)構(gòu)相比，奧密克戎的RBD對中和抗體的親和力似乎降低了。
AlphaFold2和RoseTTAFold的結(jié)果都表明，以前感染的抗體至少會對奧密克戎提供一些保護。
而也正因如此，加之此次奧密克戎患者的癥狀并沒有此前德爾塔那般嚴重，許多人都把它比作“大號感冒”。
但事實是否真的如此呢？
張伯禮：奧密克戎并非“大號感冒”
也就在天津這兩天天津疫情被高度關(guān)注之際，國內(nèi)專家已經(jīng)站出來對“大號感冒”的說法做出了解釋。
國家傳染病醫(yī)學(xué)中心主任張文宏認為：
對于已經(jīng)獲得免疫力的人來講，它是個“大號流感”。
如果你的免疫力不夠強大，奧密克戎不是“大號流感”；如果沒有很好的醫(yī)療資源，奧密克戎是會“咬人”的。
中國工程院院士張伯禮也表示：
奧密克戎和“大號流感”并不一樣，在國外大概有百分之五六十的病人出現(xiàn)了持續(xù)癥狀或后遺癥，但一般的流感不會出現(xiàn)這么多。
而就在最近，世衛(wèi)組織也對奧密克戎發(fā)出警告，稱“盡管其毒性可能較弱，但不能低估了它”。
甚至還做出了“或在6到8周內(nèi)感染半數(shù)以上歐洲人”的預(yù)測。
因此，做好防疫措施依然是重中之重。
對此，汕頭大學(xué)病毒學(xué)專家常榮山建議，“沒有準備N95或KN95口罩的天津市民，外出時應(yīng)當(dāng)戴雙層外科口罩，或在布口罩外面套戴一個外科口罩增強密閉性”。
他表示：
疊加兩個口罩的保護效果為90%，即可以減少90%的傳染概率，而單個口罩的效果則為70%。
奧密克戎最早發(fā)現(xiàn)于南非，并且席卷了大半個世界，在被發(fā)現(xiàn)時已經(jīng)傳播三代。
天津作為此次防疫“主戰(zhàn)場”，截至昨日12時，已經(jīng)累計97例陽性。
抗擊疫情，刻不容緩。
而與此同時，全球科學(xué)家對奧密克戎的研究也沒有停滯。
來自北卡羅來納大學(xué)夏洛特分校的Colby Ford研究團隊，便在近日發(fā)布了其最新研究成果：
利用AI技術(shù)，幾乎準確地預(yù)測了奧米克戎的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
他們的工作可以說是“站在巨人的肩膀上”，具體而言，就是利用 AlphaFold2和RoseTTAFold，由此預(yù)測出了3D蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。
在論文中，F(xiàn)ord對研究結(jié)果是這樣總結(jié)的：
奧密克戎受體結(jié)合域（RBD）的一些結(jié)構(gòu)變化，可能會減少抗體相互作用，但不會完全避開現(xiàn)有的中和性抗體。
簡單來說，就是現(xiàn)有疫苗對奧密克戎病毒有用，但由于其結(jié)構(gòu)的改變，降低了抗體的識別能力。
這就能解釋，為何現(xiàn)有的奧密克戎感染病例中有已經(jīng)打過疫苗的患者了。
但這項研究所提供更深遠的意義，正如《連線》雜志評價的那樣：
可以為未來的藥物指明方向。
AI一小時預(yù)測奧密克戎結(jié)構(gòu)
關(guān)于這項研究，還得追溯到去年的11月27日。
當(dāng)日凌晨，世衛(wèi)組織將這個新冠“最兇變種”正式命名為Omicron。
而就在第二天，不列顛哥倫比亞大學(xué)（UBC）的Sriram Subramaniam 便火速下載了發(fā)布在網(wǎng)上的基因序列組，還安排把奧密克戎的DNA 樣本運送到實驗室中。
他們想采用的方法是通過顯微鏡來揭示奧密克戎的蛋白質(zhì)3D結(jié)構(gòu)。
與此同時，Colby Ford也在密切關(guān)注著這件事情。
也是在世衛(wèi)組織正式命名的前后腳，他嘗試用免費的AI軟件，從奧密克戎基因組編碼的氨基酸序列中預(yù)測其結(jié)構(gòu)。
僅僅1小時之后，F(xiàn)ord便得到了他的第一個結(jié)果，并且很快將它們發(fā)布到了網(wǎng)上。
Subramaniam則是在12月21日，發(fā)表了他們通過顯微鏡得到的結(jié)果。
最終結(jié)果表明，F(xiàn)ord用AI技術(shù)預(yù)測的2個蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中，有一個被證明是與Subramaniam真實觀測結(jié)果高度接近——
中心原子的位置誤差只有約半埃（大約是氫原子的半徑）。
不過Ford認為，對于新冠這類病毒，研究上的時效顯得格外重要，畢竟其傳播的兇猛程度也是有目共睹的。
至于Ford所采用的AI方法，也正如剛才提到的，是基AlphaFold2和RoseTTAFold。
整體而言，他的研究主要包含三大方面。
第一步，是監(jiān)測變種（VBM）和關(guān)切變種（VOC）的序列比較。
Ford團隊下載了新冠病毒的參考基因組，以及各種VOC和VBM的前100個全基因組序列。
對這些基因組再進行一個“對齊”和“修剪”的工作，最終留下了1026條序列。
基于此，F(xiàn)ord對這1026條序列進行“注釋”，再根據(jù)序列相似性確定了該序列上的受體結(jié)合基序。
然后，他們用MEGA11.0.10版計算每對序列之間的成對p-距離，再使用標準翻譯表將尖峰蛋白的這個變體核苷酸序列翻譯成氨基酸。
最終對該序列進行修剪，使其只包含穗狀蛋白的RBD（第319至541位）。
第二步，是RBD的結(jié)構(gòu)預(yù)測。
Ford在這一步中，基于上面得到奧密克戎衍生RBD氨基酸序列，使用AlphaFold2和RoseTTAFold創(chuàng)建了預(yù)測的3D蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。
基于AlphaFold2的預(yù)測，是在 “單一序列 “模式下使用PTM方法（predicted TM-score）運行。
而基于RoseTTAFold的預(yù)測，則是用 “mmseqs2 “模式運行的。
這兩個系統(tǒng)都產(chǎn)生了奧密克戎的預(yù)測RBD結(jié)構(gòu)，以及圍繞多序列比對覆蓋率、預(yù)測比對誤差（PAE）和預(yù)測置信度（pLDDT）等指標。
第三步，是 中和抗體相互作用模擬。
在這個步驟中，F(xiàn)ord團隊基于上面得到的奧密克戎RBD預(yù)測結(jié)構(gòu)，模擬了與四個現(xiàn)有中和抗體結(jié)構(gòu)的相互作用（分別為C105, CC12.1, CC12.3, and CV30）。
在這個過程中，他們只使用抗體結(jié)構(gòu)的一個單片段抗原結(jié)合（Fab）區(qū)域，作為對接的位置。
接下來，他們用到了生物分子建模軟件HADDOCK，來預(yù)測RBD表位與中和抗體結(jié)構(gòu)的副體之間的結(jié)合親和力。
最后，F(xiàn)ord團隊將實際復(fù)合物（即真正的RBD結(jié)構(gòu)和Fab）與奧密克戎的預(yù)測RBD結(jié)構(gòu)（有相同的Fab）的指標進行了比較。
……
而從實驗結(jié)果上來看，現(xiàn)有的中和抗體可能仍然會與奧密克戎變異的突變刺突蛋白結(jié)合。
然而，與參考RBD結(jié)構(gòu)相比，奧密克戎的RBD對中和抗體的親和力似乎降低了。
AlphaFold2和RoseTTAFold的結(jié)果都表明，以前感染的抗體至少會對奧密克戎提供一些保護。
而也正因如此，加之此次奧密克戎患者的癥狀并沒有此前德爾塔那般嚴重，許多人都把它比作“大號感冒”。
但事實是否真的如此呢？
張伯禮：奧密克戎并非“大號感冒”
也就在天津這兩天天津疫情被高度關(guān)注之際，國內(nèi)專家已經(jīng)站出來對“大號感冒”的說法做出了解釋。
國家傳染病醫(yī)學(xué)中心主任張文宏認為：
對于已經(jīng)獲得免疫力的人來講，它是個“大號流感”。
如果你的免疫力不夠強大，奧密克戎不是“大號流感”；如果沒有很好的醫(yī)療資源，奧密克戎是會“咬人”的。
中國工程院院士張伯禮也表示：
奧密克戎和“大號流感”并不一樣，在國外大概有百分之五六十的病人出現(xiàn)了持續(xù)癥狀或后遺癥，但一般的流感不會出現(xiàn)這么多。
而就在最近，世衛(wèi)組織也對奧密克戎發(fā)出警告，稱“盡管其毒性可能較弱，但不能低估了它”。
甚至還做出了“或在6到8周內(nèi)感染半數(shù)以上歐洲人”的預(yù)測。
因此，做好防疫措施依然是重中之重。
對此，汕頭大學(xué)病毒學(xué)專家常榮山建議，“沒有準備N95或KN95口罩的天津市民，外出時應(yīng)當(dāng)戴雙層外科口罩，或在布口罩外面套戴一個外科口罩增強密閉性”。
他表示：
疊加兩個口罩的保護效果為90%，即可以減少90%的傳染概率，而單個口罩的效果則為70%。
