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浙工大科研团队用智能信息处理技术破解生物学领域难题

编辑:互联网思维网时间:2019-08-14 08:36:21阅读次数:

  一直以来,人类对于生命奥秘的探索从未停止。上世纪90年代美国启动的人类基因组计划,破译了第一遗传密码,而后科学家便一直在探索蛋白质折叠过程,以期破译第二遗传密码。

  在这一关乎人类命运的科学探索工程中,不仅有生物学领域的科学家潜心钻研,更吸引了其它领域科研人员的“跨界”研究,其中就有浙江工业大学信息工程学院张贵军课题组。在我省自然科学基金的支持下,张贵军带领课题组以智能信息处理技术为切入点,探索提出了“蛋白质构象空间区域剖分群体优化算法”,以解决蛋白质三维结构预测的速度和精度问题。

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  蛋白质折叠预测难在哪儿?又为什么这么重要?张贵军告诉记者,《科学美国人》曾载文称,当今最快的计算机已经达到每秒几万亿甚至十几万亿次浮点运算,使用该计算机模拟计算蛋白质折叠过程,至少需要一百年的时间。虽然如此,蛋白质三维结构的确定又是如此重要,只有获得蛋白质的三维结构,才能真正实现基因诊断,最终达到基因治疗的目的。

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  为解决X射线衍射仪、核磁共振仪、冷冻电镜等实验测定方法遇到的耗时长、代价高问题,张贵军课题组以计算机为工具,针对蛋白质折叠理化和知识模型,设计高效搜索算法达到蛋白质的三维结构预测的目的。

  为此,课题组围绕蛋白质构象空间特征简约模型、特征向量简约估计模型与快速求解算法、高精度片段构建策略及结构先验知识挖掘、蛋白质构象空间多模态优化算法等方面做了深入研究,发表了含IEEE会刊、国内顶级期刊在内的研究论文30多篇,授权发明专利10余项。同时,张贵军课题组还开发了一套蛋白质结构从头预测服务平台,并进行了大量的测试。目前该平台已经初步具备蛋白质结构预测的能力,计算结果与实验测定结构较为接近。

  张贵军表示,通过与国际领域权威研究机构展开合作研究,课题组希望最终可以开发出一套具有自主知识产权、可扩展的优化引擎和蛋白质结构从头预测在线服务平台。在生物学意义上,这不仅可以揭示蛋白质分子折叠规律,通过对蛋白质结构的预测,进行蛋白质功能注释,同时为新型材料和基因药物的设计和研发提供理论依据。

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