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生成式人工智能进行基础结构生物学建模。

Generative artificial intelligence performs rudimentary structural biology modeling.

机构信息

School of Graduate Studies, Rutgers, The State University of New Jersey, Newark, NJ, USA.

Rutgers Cancer Institute, Newark, NJ, USA.

出版信息

Sci Rep. 2024 Aug 21;14(1):19372. doi: 10.1038/s41598-024-69021-2.

DOI:10.1038/s41598-024-69021-2
PMID:39169047
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11339285/
Abstract

Natural language-based generative artificial intelligence (AI) has become increasingly prevalent in scientific research. Intriguingly, capabilities of generative pre-trained transformer (GPT) language models beyond the scope of natural language tasks have recently been identified. Here we explored how GPT-4 might be able to perform rudimentary structural biology modeling. We prompted GPT-4 to model 3D structures for the 20 standard amino acids and an α-helical polypeptide chain, with the latter incorporating Wolfram mathematical computation. We also used GPT-4 to perform structural interaction analysis between the anti-viral nirmatrelvir and its target, the SARS-CoV-2 main protease. Geometric parameters of the generated structures typically approximated close to experimental references. However, modeling was sporadically error-prone and molecular complexity was not well tolerated. Interaction analysis further revealed the ability of GPT-4 to identify specific amino acid residues involved in ligand binding along with corresponding bond distances. Despite current limitations, we show the current capacity of natural language generative AI to perform basic structural biology modeling and interaction analysis with atomic-scale accuracy.

摘要

基于自然语言的生成式人工智能(AI)在科学研究中变得越来越流行。有趣的是,最近发现生成式预训练转换器(GPT)语言模型的能力超出了自然语言任务的范围。在这里,我们探索了 GPT-4 如何能够进行基本的结构生物学建模。我们提示 GPT-4 为 20 种标准氨基酸和一条α-螺旋多肽链建模,后者包含了沃尔夫勒姆数学计算。我们还使用 GPT-4 对抗病毒药物 nirmatrelvir 与其靶标 SARS-CoV-2 主蛋白酶之间的结构相互作用进行分析。生成结构的几何参数通常接近实验参考值。然而,建模偶尔会出现错误,并且分子复杂性不能很好地被容忍。结构相互作用分析进一步揭示了 GPT-4 识别参与配体结合的特定氨基酸残基以及相应键距离的能力。尽管存在当前的限制,但我们展示了自然语言生成式 AI 目前具有进行基本结构生物学建模和具有原子级精度的相互作用分析的能力。

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