蛋白质是生命的基础，国际上早有关注如何通过氨基酸的人工排列组合设计蛋白质。中国科学技术大学刘海燕教授、陈泉副教授团队采用数据驱动策略，开辟出一条全新的蛋白质从头设计路线，在蛋白质设计这一前沿科技领域实现了关键核心技术的原始创新，为工业酶、生物材料、生物医药蛋白等功能蛋白的设计奠定了坚实基础。
蛋白质的结构与功能由氨基酸序列所决定。目前，能够形成稳定三维结构的蛋白质，几乎全部是天然蛋白质，其氨基酸序列是长期自然进化形成。在天然蛋白结构功能不能满足工业或医疗应用需求时，想要得到特定的功能蛋白，就需要进行蛋白质设计。近年来，国际上蛋白质从头设计的代表性工作主要采用天然结构片段作为构建模块来拼接产生人工结构。然而，这种方法存在设计结果单一、对主链结构细节过于敏感等不足，限制了设计主链结构的多样性和可变性。
中国科学技术大学相关团队长期深耕计算结构生物学方向的基础研究和应用基础研究。刘海燕教授、陈泉副教授团队十余年来致力于发展数据驱动的蛋白质设计方法。该团队首先建立了给定主链结构设计氨基酸序列的模型，进而发展了能在氨基酸序列待定时从头设计全新主链结构的模型。理论计算和实验证明，用新方法设计蛋白质，能够突破只能用天然片段来拼接产生新主链结构的限制，显著扩展从头设计蛋白的结构多样性，设计出不同于已知天然蛋白的新颖结构。
该团队发布了9种从头设计的蛋白质分子的高分辨晶体结构，其中5种蛋白质具有不同于已知天然蛋白的新颖结构，相关成果北京时间2月10日发表于国际权威学术期刊《自然》。审稿人认为，这项工作中提出的方法具有足够的新颖性和实用性；从头设计蛋白质具有挑战性，该工作中6种不同蛋白质的高分辨率设计是一项重要成就，证明这种方法运行良好。（记者周畅）
图1，从头设计蛋白的高分辨晶体结构（天蓝色）与设计模型（绿色）比较。
图2，在这幅展开的画卷上，展开的部分是天然蛋白质结构，毛笔正在绘制的是从头设计蛋白的结构。毛笔代表了蛋白质设计的工具，可“描绘”出不同于已知天然蛋白的新颖结构。
资讯推荐