AlphaFoldは、タンパク質の宇宙の構造を明らかにする

AlphaFoldはタンパク質の構造を解明する

ディープマインドのウェブサイト（deepmind.com/AlphaFold）でタンパク質の折りたたみ問題の解決方法について読み、こちらで私たちの画期的な進展をタイムラインで確認してください。

私たちがAlphaFoldというAIシステムをリリースしてオープンソース化してから1年が経ちました。このAIシステムは、1次元のアミノ酸配列だけからタンパク質の3次元構造を予測するものです。また、AlphaFold Protein Structure Database（AlphaFold DB）を作成し、この科学的知識を自由に共有しました。タンパク質は生命の構成要素であり、すべての生物プロセスの基盤となっています。そして、タンパク質の形状はその機能と密接に関連しているため、タンパク質の構造を知ることは、その機能や作用機序をより深く理解するための鍵となります。私たちは、この画期的なリソースが世界中の科学研究と発見の加速に役立つこと、また他のチームがAlphaFoldの進展を学び、さらなる画期的な成果を生み出すことを期待しました。その希望は、私たちが夢見た以上に早く現実のものとなりました。わずか12ヶ月後、AlphaFoldは50万人以上の研究者によってアクセスされ、プラスチック汚染から抗生物質耐性まで、重要な実世界の問題の進展を加速するために使用されています。

今日、この旅の次のステージを共有することを非常に興奮しています。EMBLのヨーロッパバイオインフォマティクス研究所（EMBL-EBI）とのパートナーシップにより、科学の知識に含まれるほぼすべてのカタログ化されたタンパク質の予測構造を公開します。これにより、AlphaFold DBは「ほぼ1億の構造から2億以上の構造」に拡大され、生物学の理解を劇的に向上させる可能性があります。

• AIを活用した亀の顔認識による保全の推進
• 安全な対話エージェントの構築
• AlphaTensorを使用して新しいアルゴリズムを発見する

このアップデートには、植物、細菌、動物、その他の生物の予測された構造が含まれており、持続可能性、食糧安全保障、軽視された病気などの重要な問題に取り組む研究者がAlphaFoldを利用して研究を進める新たな機会が生まれます。

今回のアップデートにより、主要なタンパク質データベースUniProtのほとんどのページに予測構造が表示されるようになります。また、200億以上の構造はGoogle Cloud Public Datasetsを通じて一括ダウンロードも可能であり、AlphaFoldは世界中の科学者によりアクセスしやすくなります。

「AlphaFoldは、AIの力を示す、生命科学における特筆すべき進展です。タンパク質の3D構造を決定することは以前は数ヶ月または数年を要していましたが、現在は数秒で可能です。AlphaFoldは、核膜複合体の構造を解明するなど、既に大規模な発見を加速・実現しています。そして、ほぼすべてのタンパク質の構造が明らかになることで、私たちは毎日多くの生物学的な謎が解かれることを期待できます。」- エリック・トポル、スクリップス研究所創設者兼ディレクター

AlphaFoldのこれまでの影響

AlphaFoldの初リリースから12ヶ月が経ち、AlphaFoldがすでにもたらした驚異的なインパクトと、今日のマイルストーンに至るまでの長い道のりを振り返ることは素晴らしいことです。

私たちのチームにとって、AlphaFoldの成功は特に価値がありました。なぜなら、これは私たちがこれまでに構築した最も複雑なAIシステムであり、複数の重要なイノベーションが求められました。また、最も意義のあるダウンストリームの影響をもたらしました。AlphaFoldは、AIがスケールと時間の短縮において、タンパク質の形状を原子の精度まで正確に予測できることを証明したことで、50年にわたる大きな課題に解決策を提供するだけでなく、私たちの創設者の主張の最初の大きな証拠となりました。それは、人工知能が科学的な発見を劇的に加速し、それによって人類を前進させることができるというものです。

私たちはAlphaFoldのコードをオープンソース化し、Nature [1, 2]に2つの詳細な論文を公開しました。これらの論文はすでに4000回以上引用されています。また、私たちは世界をリードするEMBL-EBIと緊密に協力し、生物学者がAlphaFoldにアクセスし、利用するためのツールを設計し、共にAlphaFold DBを公開しました。この検索可能なデータベースは、誰でも自由に利用できます。AlphaFoldをリリースする前に、私たちは責任を持って先駆的なアプローチを取り、バイオロジー研究、セキュリティ、倫理、安全に関する30人以上の専門家からの意見を求め、AlphaFoldの利益を世界と共有する方法を理解し、潜在的な利益を最大化し、潜在的なリスクを最小化する方法を見つけるために協力しました。

現在までに、190カ国から50万人以上の研究者がAlphaFold DBにアクセスし、200万以上の構造を閲覧しました。私たちの無料で利用可能な構造は、Ensembl、UniProt、OpenTargetsなどの他の公開データセットに統合され、数百万のユーザーが日常のワークフローの一部としてアクセスしています。

AlphaFoldが既に世界中の数十万人の科学者にとって重要なツールとなり、彼らの重要な仕事をサポートしていることに驚かされています。私たち自身のAlphaFoldとの取り組みにおいても、社会的な利益が最も大きいと感じるアプリケーションに優先順位を付け、歴史的に予算不足や見落とされていたイニシアチブに焦点を当てました。例えば、私たちは放置された疾患イニシアチブ（DNDi）と提携し、リーシュマニア症やシャーガス病などの貧しい地域の人々に影響を与える病気の生命を救う治療法の発見に近づくための研究を支援しました。また、世界保健機関が高い優先度で指定した生物の構造予測を作成することで、ハンセン病や血吸虫症などの疾病の研究をさらに進めるため、世界的に10億人以上の人々の生活を破壊している病気の研究に貢献しました。

AlphaFoldが取り組まれる研究コミュニティがAlphaFoldを利用するさまざまな方法を見ることは非常に刺激的であり、病気の理解からミツバチの保護、生物学的なパズルの解読、生命の起源の探求まで、あらゆることに利用されています。

AlphaFoldチームのメンバーが選んだ他の印象的な例には以下があります：

カスリン・タンヤスブンクールによって選ばれた生物学のジグソーパズル

Scienceの最近の特集号では、いくつかのグループがAlphaFoldが彼らを支援し、生物学の中で最も困難なパズルの1つである核膜複合体を組み立てるのにどのように役立ったかを説明しています。この巨大な構造は何百ものタンパク質の部分から成り、細胞核に出入りするすべてのものを制御しています。既存の実験手法を使用して輪郭を明らかにし、AlphaFoldの予測を使用して不明な領域を補完し解釈することで、その繊細な構造がついに明らかになりました。この強力な組み合わせは現在、研究室で日常的に使用され、実験と計算の技術が協力して新しい科学を解き明かすことを示しています。

核膜複合体の解除：https://unfolded.deepmind.com/stories/unlocking-the-nuclear-pore-complex

リチャード・エヴァンスによって選ばれたバイオインフォマティクスの新世界

FoldseekやDaliなどの構造検索ツールを使用することで、ユーザーは与えられたタンパク質に類似したエントリを非常に迅速に検索することができます。これは、プラスチックを分解するなどの実用的なタンパク質やタンパク質機能に関する手がかりを提供することができる大規模な配列データセットの採掘への第一歩となる可能性があります。予測された構造を含む2億以上のデータベースへのアップデートにより、この影響はさらに拡大されます。

人間の健康に直接的な影響を与える、ジョン・ジャンパーによって選ばれたもの

AlphaFoldは既に人間の健康に直接的な影響を与えています。ヨーロッパ人類遺伝学会で研究者たちとの会議では、希少な遺伝性疾患の原因を解明しようとする生物学者や臨床医にとって、AlphaFoldの構造は非常に重要であることが明らかになりました。さらに、新たに同定されたタンパク質の理解を提供することで、薬物探索を加速し、それらに結合する可能性のある潜在的な薬物を科学者がより迅速に見つける手助けをしています。

「AlphaFoldはバイオファーマ研究において、まるで一夜にして欠かせないツールとなりました。ROME Therapeuticsでは、これまで解決されていなかったダークゲノム領域のタンパク質構造を予測することが可能になりました。AlphaFoldの速度と精度は、新薬の発見プロセスを加速し、私たちはまだその影響が始まったばかりですが、患者に新しい薬をより早く提供するための影響を実感しています。」- Rosana Kapeller、ROME Therapeuticsの社長兼CEO、かつNimbus Therapeuticsの元CSO

：https://unfolded.deepmind.com

Unfoldedからのストーリー：AlphaFoldの予測を世界中の科学者に提供することで、プラスチック汚染との戦いを加速する：https://unfolded.deepmind.com/stories/making-alphafolds-predictions-available-to-scientists-around-the-world

これは始まりに過ぎない

AlphaFoldは生物学を構造的な豊かさの時代に導き、デジタルのスピードで科学的な探求を可能にしています。AlphaFold DBはタンパク質構造の「Google検索」として機能し、研究者に彼らが研究しているタンパク質の予測モデルへの即時アクセスを提供し、彼らの努力に集中し実験的な作業を迅速化することができます。疾病の戦いからワクチンの開発まで、AlphaFoldは既に私たちが直面する最大のグローバル課題に対して信じられないほどの進歩をもたらしており、これは次の数年間に私たちが目にする影響の始まりに過ぎません。この拡張されたデータベースが、数多くの科学者の仕事を支援し、メタプロテオミクスなどの新たな科学的探求の道を開くことを望んでいます。

DeepMindでは、AIを最優先のアプローチとして、新たな姉妹会社であるIsomorphic Labsと提携して、AIを活用した完全な新たな薬剤探索プロセスを再構築するなど、さまざまな領域において大きな投資を行っています。また、名高いフランシス・クリック研究所にウェットラボを設立し、タンパク質デザインやゲノミクスなどの生物学の理解を進めるためにAIと実験技術を結びつける取り組みを行っています。さらに、AI for Scienceチームを拡大し、基礎生物学研究のさらなる進展や気候科学、量子化学、融合などの魅力的で重要な科学的課題にAIを応用するための取り組みを加速させています。

AlphaFoldは、生物学に計算とAIの手法を適用することで可能性が広がる未来の一端を示しています。生物学は、非常に複雑で新興の情報処理システムと考えることができます。物理学における数学が完璧な記述言語であるように、AIが生物学の動的な複雑さに対処するための適切な技術であると信じています。AlphaFoldは、これを証明する重要な初めの段階であり、これからさらに多くの成果が期待されます。新興の「デジタルバイオロジー」分野の先駆者として、AIの巨大なポテンシャルが科学的な発見の推進や生命の基本的なメカニズムの理解において人類の最も有用なツールの一つとして実現し始めることを楽しみにしています。

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