Rosetta Covid 19 研讨会
David Baker 线上研讨会-关于蛋白质折叠的最新进展
文章中的截图均来自研讨会中的文稿。
因为自己不是生物学专业的，又本着对病毒蛋白质研究的兴趣而了解了一些关于蛋白质折叠的基础知识，然后就观看了该研讨会，前面40分钟还能大致看懂，到后半段就云迷雾里了，也许是缺乏分子生物学方面的知识，我把自己从该视频中领悟到一些知识分享出来(多图)。
介绍关于蛋白质折叠过程中能量势函数图，当蛋白质未折叠完成的时候，能量是较高的，折叠完成之后，整个蛋白质的能量趋于全局最小值。这里我们可以看出，蛋白质的折叠理论上就是计算给定肽链的氨基酸序列，最终肽链折叠成怎么样的三维结构才能使得蛋白质的能量趋于最小值。
自然界中蛋白质的氨基酸序列其实是被编码到我们的基因序列里的，基因序列通过转录和翻译最终将多种氨基酸通过一定序列合成在一起，合成完之后的序列我们称之为多肽链，然后肽链完成自我折叠，形成一个稳定的三维结构，这样蛋白质也就有了具体的生物学功能。
如果通过反向操作，我们研究怎么样的蛋白质结构能够完成特定的生物学功能，然后倒推出该蛋白质的氨基酸序列，因为多肽链的一级结构决定了蛋白质的三维结构，所以我们可以将这些蛋白质的氨基酸序列编码到基因库中，然后人工合成该蛋白质。而在计算蛋白质的折叠时，我们需要消耗很多的算力，如果简单考虑一条肽链有100个氨基酸，而一般常见的氨基酸有20种，那么我们需要尝试的计算可能的肽链个数为20^100。
计算蛋白质能量的函数，目前还没看懂该方程，大致理解就是总能量为热能+结构能。
病毒传播过程中，下图可以理解为科研人员的整个Worflow:
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向外界发出通知和警告⚠️。
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分析病毒遗传物质的基因🧬序列。
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对病毒的蛋白质进行研究建模。
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诊断 -> 治疗 -> 疫苗开发。
在十二月初诊断出第一例COVID-19病人，一月初，病毒的基因序列公布，二月初，Robetta 对病毒的刺突蛋白进行三维建模，在二月末在实验室中通过X射线衍射技术获得病毒蛋白质的三维晶体结构。
右图为Robetta和X-ray分别获得的三维结构进行比较，RMSD小于1埃。
RMSD 用于描述两个蛋白质三维结构的差异，用数学符号表示 (v,w 分别代表两种三维空间结构的原子集合):
通过计算预测得到的三维结构已经很接近实验室测得的实际结构。
设计一种全新的检测系统用于COVID-19的诊断。
下面的图片里面的内容不是很懂。猜测就是如何精准识别和检测出SARS-COV-2。
第二部分讲述研发的药物与SARS-COV-2表面的蛋白质结合，从而使得病毒丧失入侵人体细胞的能力。
由计算机生成的药物通过与Spike蛋白结合，从而抑制病毒的扩散。
寻找该抑制药物的方案:
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找到病毒蛋白的靶点。
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对接结构的选择。
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模拟组装结构与靶点的对接。
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使用Rosetta来预测对接结构的氨基酸序列。
可以理解为就是设计一种 mini protein binder来阻止SARS-COV-2通过ACE2受体进入人体细胞。
接下来就是介绍自主装系统。第一张图片，我们可以理解为一个系统是如何自我演化及装配是由系统中每个部分已编码的属性所决定的。复杂和不规则的蛋白质结构使得设计新的分子间相互作用成为一种挑战，下图显示出了自主装的蛋白质结构，通过简单的结构，使得蛋白质演化出复杂的形态。
借助Rosetta工具，我们可以研究生物大分子聚合物的折叠，对接以及蛋白酶的设计，RNA的折叠等课题上。
下图为使用自组装系统的方法，所设计出的模型和实验室所测到的晶体结构对比。
该论文发表在2016年的Science期刊上: Accurate design of megadalton-scale two-component icosahedral protein complexes
用该方法研发出绑定病毒蛋白质的纳米粒子，并用于治疗SARS-COV-2。
最后总结，在下次的全球大流行下，科研人员能够更快更精准的测定蛋白质的结构，快速诊断被感染人群，通过更深入的理解分子之间的相互作用快速的治疗病人，最后在疫苗的研发阶段，对免疫系统有更加深一层次的理解，最后在Rosetta程序中使用深度学习更精确的建立和设计蛋白质模型。
个人观点
从宏观世界到微观世界，我们可能仅仅只是了解了这个世界的运作方式，而并不能理解这个运作背后精密的计算。当我们探讨整个宇宙的时候，可能银河系之外离我们很遥远，宇宙中黑洞的碰撞，时空的弯曲，时间旅行，这些看起来也和我们生活无关，但到了微观世界却与人类的繁衍生息息息相关，如果蛋白质错误的折叠了，人就会出现疾病，当病毒入侵人体细胞时，免疫系统就会启动，然而一旦病毒可以抑制免疫系统的启动，那么这个疾病就是灾难性的，或许在微观世界，从被隐藏的另外时空维度看，就是另外一个宏伟的"宇宙"。对量子世界的研究，更能帮助人类的前行。
回到个人想创业的路途上，如果我们要做一款产品，那么首先我们会从商业利益出发，只是投机取巧最后创业公司不会存活很久就倒闭，这款产品最好是能够帮助需要的人完成他们不能完成的事情，或者能促进科技的发展，给人带来便利。就是出发点得是善。
