AlphaFold

AlphaFoldとは、Google DeepMindが開発したタンパク質の三次元立体構造を高精度で予測するAIシステムです。2020年のタンパク質構造予測コンテスト「CASP14」で、人類が50年間取り組んできた「タンパク質折り畳み問題」を実質的に解決したとして、科学界に革命的な衝撃を与えました。2022年にAlphaFold2の論文・コード・予測データベースをオープンアクセスで公開し、2億種以上のタンパク質構造を無料で提供しています。

技術的な仕組みとして、AlphaFold2は(1)進化的情報の活用：類似タンパク質のアミノ酸配列（MSA: Multiple Sequence Alignment）を収集し、進化的に保存された情報からタンパク質の構造制約を推論、(2)Evoformerブロック：タンパク質の配列情報と残基間の距離・角度情報を相互に更新するTransformerベースのニューラルネットワーク、(3)Structure Module：三次元座標を直接予測する特殊なニューラルネットワーク、(4)信頼度スコア（pLDDT）：各残基の予測信頼度を0〜100のスコアで出力し、予測の不確実性を可視化、という革新的なアーキテクチャを採用しています。

科学・医療への影響として、(1)新薬開発の加速：標的タンパク質の立体構造を即座に取得し、創薬研究のボトルネックを解消、(2)感染症研究：COVID-19・マラリア・結核等の病原体タンパク質を解析し、ワクチン・治療薬の設計を支援、(3)基礎科学：生命の根本機能であるタンパク質の動作メカニズムの解明が加速、(4)AlphaFold3（2024年）：タンパク質だけでなくDNA・RNA・低分子化合物との相互作用も予測可能に進化。Demis HassabisとJohn JumperがAlphaFold2の功績により2024年ノーベル化学賞を受賞しています。