近日，中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所建立了端到端篩選目標(biāo)酶的多任務(wù)計(jì)算框架，提高了功能酶的預(yù)測(cè)與發(fā)現(xiàn)效率，并應(yīng)用于真菌毒素降解酶的挖掘。

　　近年來，深度學(xué)習(xí)在酶的結(jié)構(gòu)、功能與性質(zhì)的大規(guī)模預(yù)測(cè)方面取得了進(jìn)展。然而，由于缺乏面向多模態(tài)輸入和多任務(wù)輸出的統(tǒng)一建模能力，現(xiàn)有方法難以滿足高性能功能酶篩選的需求。針對(duì)這一挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并開發(fā)了CACLENS框架，將CGC門控機(jī)制、對(duì)比學(xué)習(xí)與交叉注意力等方法深度融合，構(gòu)建出可同時(shí)執(zhí)行多項(xiàng)預(yù)測(cè)任務(wù)的一體化酶篩選平臺(tái)。

　　CACLENS能夠以較低的計(jì)算成本同時(shí)完成反應(yīng)類型分類、酶EC號(hào)預(yù)測(cè)與反應(yīng)可行性評(píng)估三項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)，并在多個(gè)任務(wù)上展現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。具體而言：在反應(yīng)類型分類中，清洗處理ADP/ATP/H+等常見輔因子后，模型性能優(yōu)于現(xiàn)有方法；在EC號(hào)預(yù)測(cè)方面，整體表現(xiàn)超過主流模型CLEAN；在反應(yīng)可行性評(píng)估中，即使采用偏向ESP與EnzRank的評(píng)估策略，CACLENS仍取得更佳結(jié)果，并能穩(wěn)健處理未見過或與訓(xùn)練集序列相似度較低的酶。

　　針對(duì)真菌毒素玉米赤霉烯酮（ZEN），研究以CACLENS的多任務(wù)聯(lián)合預(yù)測(cè)結(jié)果為基礎(chǔ)，在大規(guī)模序列空間中篩選出10個(gè)潛在降解酶候選體。研究通過基因合成、異源表達(dá)與純化獲得相應(yīng)酶蛋白，并對(duì)其降解性能開展實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明，約一半的候選酶具有對(duì)ZEN的催化活性，其中ZD4與ZD7能夠在體外體系中降解超過90%的ZEN。

　　整體來看，CACLENS在三項(xiàng)任務(wù)中均展現(xiàn)出預(yù)測(cè)能力，證明其在功能酶篩選方面具有應(yīng)用潛力。這一成果為多領(lǐng)域的新型功能酶挖掘提供了技術(shù)支撐，并為未來構(gòu)建智能化酶工程設(shè)計(jì)平臺(tái)、深入挖掘真菌毒素降解新酶奠定了基礎(chǔ)。

　　相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《先進(jìn)科學(xué)》（Advanced Science）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的支持。

基于多任務(wù)模型的新功能酶智能挖掘與篩選框架

ZEN與ZOL及其降解產(chǎn)物的色譜圖