中國科學(xué)家建立蛋白質(zhì)設(shè)計新方法，為工業(yè)或醫(yī)療應(yīng)用奠定堅實基礎(chǔ)

據(jù)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)官網(wǎng)消息，該校劉海燕教授、陳泉副教授團(tuán)隊基于數(shù)據(jù)驅(qū)動原理，開辟出一條全新的蛋白質(zhì)從頭設(shè)計路線。該項研究實現(xiàn)了關(guān)鍵核心技術(shù)的原始創(chuàng)新，為工業(yè)酶、生物材料、生物醫(yī)藥蛋白等功能蛋白的設(shè)計奠定了堅實的基礎(chǔ)。

蛋白質(zhì)是生命的基礎(chǔ)，是生命功能的主要執(zhí)行者，其結(jié)構(gòu)與功能由氨基酸序列所決定。目前，能夠形成穩(wěn)定三維結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，幾乎全部是天然蛋白質(zhì)，其氨基酸序列是長期自然進(jìn)化形成。要想要得到特定的功能蛋白來滿足工業(yè)或醫(yī)療應(yīng)用需求，就需要對其結(jié)構(gòu)和序列進(jìn)行設(shè)計。

目前，國際上報道的蛋白質(zhì)從頭設(shè)計工作主要使用天然結(jié)構(gòu)片段作為構(gòu)建模塊來拼接產(chǎn)生人工結(jié)構(gòu)。然而，這種方法存在設(shè)計結(jié)果單一、對主鏈結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)過于敏感等不足，限制了設(shè)計主鏈結(jié)構(gòu)的多樣性和可變性。

在新研究中，研究團(tuán)隊首先建立了給定主鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計氨基酸序列的ABACUS模型，進(jìn)而發(fā)展了能在氨基酸序列待定時從頭設(shè)計全新主鏈結(jié)構(gòu)的SCUBA模型。理論計算和實驗證明，用SCUBA設(shè)計主鏈結(jié)構(gòu)，能夠突破只能用天然片段來拼接產(chǎn)生新主鏈結(jié)構(gòu)的限制，從而顯著擴展從頭設(shè)計蛋白的結(jié)構(gòu)多樣性。

研究人員表示，他們設(shè)計出了9種從頭設(shè)計的蛋白質(zhì)分子的高分辨晶體結(jié)構(gòu)，其中5種蛋白質(zhì)具有不同于已知天然蛋白的新穎結(jié)構(gòu)。

該研究論文題為“A backbone-centred energy function of neural networks for protein design”，已發(fā)表在《自然》上。

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論文原文：https://www.nature.com/articles/s41586-021-04383-5

標(biāo)簽： 蛋白質(zhì) 功能蛋白