《自然》：2024年值得关注的七项技术
内容提要
《Nature》杂志关注蛋白质设计、深度学习、对抗深度伪造技术等七个技术领域的进展。其中，蛋白质设计利用深度学习算法和人工智能技术设计具有特定功能的蛋白质。深伪检测领域的发展利用AI技术发现和拦截虚假的图像、音频和视频。基于CRISPR的基因编辑疗法被批准用于治疗疾病。脑机接口设备和超级分辨率显微镜技术也取得了进展。纳米材料在纳米尺度上具有独特特性，可以制造出轻质材料和增强催化或储能能力。
延伸解读
蛋白质设计：从序列中学习“语法”
文章指出，蛋白质设计正借助大型语言模型（LLM）实现突破。这类模型将蛋白质序列视为由多肽“单词”组成的文档，从而学习真实蛋白质的架构模式。ProtGPT2能生成稳定折叠的合成蛋白质，ZymCTRL则利用序列和功能数据设计天然酶家族成员。这种“基于序列”的策略不依赖复杂结构预测，为设计酶和药物传递载体提供了新路径，但文章未提及具体效率或实验验证细节。
深伪检测：公共工具与持久战
针对AI生成的虚假图像、音频和视频，深伪检测领域利用AI技术进行识别和拦截。文章提到DeepFake-O-Meter这一集中式公共算法存储库，可从不同角度分析视频内容以嗅出Deepfake。这类资源有助于对抗错误信息，但文章也提醒，针对AI生成错误信息的斗争可能持续数年，暗示检测技术面临持续挑战，并非一劳永逸。
基因编辑与脑机接口：临床与康复进展
2023年末，美英监管机构批准首个基于CRISPR的基因编辑疗法，用于治疗镰状细胞病和输血依赖性β地中海贫血，标志着基因组编辑作为临床工具的胜利。同时，高彩霞团队开发的PrimeRoot方法能在水稻和玉米中插入多达20个碱基的DNA，有望赋予作物抗病能力。脑机接口方面，斯坦福大学团队通过植入电极跟踪神经元活动，并训练深度学习算法将信号转化为语音，帮助康复患者。
显微与纳米：观测与制造的新尺度
超级分辨率显微镜技术打破了光学显微镜的衍射极限，使分子尺度成像成为可能。文章提到ONE方法基于膨胀显微镜，将样品与凝胶基质偶联并膨胀1000倍，从而用标准共聚焦显微镜解析几纳米间隔的特征。在纳米尺度上，材料会表现出独特性质，三维打印纳米材料可制造轻质材料，并增强催化或储能能力，为材料科学带来新可能。
Q&A
《自然》杂志2024年关注的七项技术中，蛋白质设计方面有哪些具体工具？
蛋白质设计利用深度学习算法和人工智能技术设计具有特定功能的蛋白质。其中，ProtGPT2算法能够产生稳定折叠的合成蛋白质，ZymCTRL工具则利用序列和功能数据设计天然存在的酶家族成员。
DeepFake-O-Meter是什么？它有什么作用？
DeepFake-O-Meter是一个集中式公共算法存储库，可以从不同角度分析视频内容以识别Deepfake。它帮助科学家利用AI技术发现和拦截虚假的图像、音频和视频，从而保护信息安全。
基于CRISPR的基因编辑疗法最近有哪些重要进展？
2023年末，美国和英国监管机构批准了首个基于CRISPR的基因编辑疗法，用于治疗镰状细胞病和输血依赖性β地中海贫血。此外，PrimeRoot方法可在水稻和玉米中插入多达20个碱基的DNA，赋予作物抗病能力。
脑机接口设备如何帮助康复患者？
脑机接口设备通过植入电极跟踪神经元活动，然后训练深度学习算法将这些信号转化为语音，从而帮助康复患者恢复交流能力。
超级分辨率显微镜技术取得了哪些突破？
超级分辨率显微镜技术打破了光学显微镜的衍射极限，将细节水平提升到大约数十纳米，开启了分子尺度成像实验。例如，ONE方法通过膨胀显微镜将样品体积膨胀1000倍，使用标准共聚焦显微镜即可解析间隔几纳米的特征。
三维打印纳米材料有什么独特之处？
在纳米尺度上，材料会表现出奇怪而有趣的特性，使得纳米级建筑师可以制造出具有独特特性的轻质材料，如增加强度、与光或声音的定制互动，以及增强催化或储能能力。
