我國科學家建立蛋白質設計新方法

蛋白質是生命的基礎，國際上早有關注如何通過氨基酸的人工排列組合設計蛋白質。中國科學技術大學瀏海燕教授、陳泉副教授團隊採用數據驅動策略，開辟出一條全新的蛋白質從頭設計路線，在蛋白質設計這一前沿科技領域實現了關鍵核心技術的原始創新，為工業酶、生物材料、生物醫藥蛋白等功能蛋白的設計奠定了堅實基礎。

蛋白質的結構與功能由氨基酸序列所決定。目前，能夠形成穩定三維結構的蛋白質，幾乎全部是天然蛋白質，其氨基酸序列是長期自然進化形成。在天然蛋白結構功能不能滿足工業或醫療應用需求時，想要得到特定的功能蛋白，就需要進行蛋白質設計。近年來，國際上蛋白質從頭設計的代表性工作主要採用天然結構片段作為構建模塊來拚接產生人工結構。然而，這種方法存在設計結果單一、對主鏈結構細節過於敏感等不足，限制了設計主鏈結構的多樣性和可變性。

中國科學技術大學相關團隊長期深耕計算結構生物學方向的基礎研究和應用基礎研究。瀏海燕教授、陳泉副教授團隊十餘年來致力於發展數據驅動的蛋白質設計方法。該團隊首先建立了給定主鏈結構設計氨基酸序列的模型，進而發展了能在氨基酸序列待定時從頭設計全新主鏈結構的模型。理論計算和實驗證明，用新方法設計蛋白質，能夠突破只能用天然片段來拚接產生新主鏈結構的限制，顯著擴展從頭設計蛋白的結構多樣性，設計出不同於已知天然蛋白的新穎結構。

該團隊發布了9種從頭設計的蛋白質分子的高分辨晶體結構，其中5種蛋白質具有不同於已知天然蛋白的新穎結構，相關成果台灣時間2月10日發表於國際權威學術期刊《自然》。審稿人認為，這項工作中提出的方法具有足夠的新穎性和實用性；從頭設計蛋白質具有挑戰性，該工作中6種不同蛋白質的高分辨率設計是一項重要成就，證明這種方法運行良好。（記者周暢）

圖1，從頭設計蛋白的高分辨晶體結構（天藍色）與設計模型（綠色）比較。

圖2，在這幅展開的畫卷上，展開的部分是天然蛋白質結構，毛筆正在繪製的是從頭設計蛋白的結構。毛筆代表了蛋白質設計的工具，可“描繪”出不同於已知天然蛋白的新穎結構。