谷歌AlphaFold与传统软件Rosetta在蛋白质结构预测上的对比

王坚博士，芝加哥教授学者协会会长

***

谷歌的AlphaGo围棋软件，因为能击败人类顶尖围棋手而震撼世界，后来的谷歌AlphaZero围棋软件，更是横扫各个围棋软件，称霸棋坛。

但是由自愿者程序员开发的开源围棋软件Stockfish却后来居上，Stockfish 8能在大多数棋局与谷歌最顶尖围棋软件AlphaZero打平，而Stockfish 16则是能战胜AlphaZero。AlphaGo用上千CPU，而Stockfish则是可以安装在普通的个人电脑。

在蛋白质结构预测上，谷歌推出AlphaFold，能预测两亿多蛋白质的结构，轰动全球。AlphaFold用大量已知蛋白质中每对氨基酸之间的距离分布，以及连接它们的化学键之间的角度，用人工智能对未知蛋白质的三维结构进行初步预测，然后用物理模型调整初步预测结构以找到最低自由能状态的氨基酸排列。

而在蛋白质结构预测领域，则是有华盛顿大学Baker实验室开发的蛋白质结构预测软件Rosetta，从1998年开始就做蛋白质结构预测。Rosetta用同源建模，根据已知的蛋白质结构来预测同源的蛋白质结构。

RosettaDesign是基于Rosetta的一个蛋白质设计工具。它始于2000年对蛋白质G的折叠路径的一项研究。2002年，RosettaDesign被用来设计TOP7。TOP7是一种93个氨基酸长度的α/β型蛋白质，具有在自然界中尚未被发现的整体折叠结构。这一全新的结构由Rosetta预测，与X射线晶体学确定的结构的之间的RMSD在1.2埃范围内，是一个精度极高的结构预测。

在2004年的CASP6上，Rosetta创造了历史，在它为CASP目标蛋白质T0281提供的模型中，首次生成了接近原子级精度的ab initio蛋白质结构预测，从头开始成功地预测了蛋白质结构。

Rosetta可以安装在个人电脑上，可以自己反复调整，积累经验，提高蛋白质结构的预测精度。

现在华盛顿大学Baker实验室推出RoseTTAFold。RoseTTAFold具有AlphaFold的人工智能能力，

比较AlphaFold和RoseTTAFold，AlphaFold消耗大量的算力和存储，就很难安装在个人电脑。AlphaFold预测的蛋白质结构，仍然可以用物理模型来明显提升预测精度。但是用户不能调整AlphaFold的参数来提高预测精度。而RoseTTAFold则可以通过调整参数来提高预测精度。

能找到很多用Rosetta成功设计药物的报道。到目前为止还没有看到用AlphaFold成功设计药物的报道。