蛋白質從頭設計新方法為生物醫藥蛋白等功能蛋白設計奠定基礎

記者從中國科學技術大學了解到，該校劉海燕教授、陳泉副教授團隊基于數據驅動原理，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的基礎。相關成果北京時間2月10日發表于《自然》。

蛋白質是生命功能的主要執行者，其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，就需要對其結構進行設計。近年來，國際上蛋白質從頭設計的代表性工作主要采用RosettaDesign方法，即使用天然結構片段作為構建模塊來拼接產生人工結構。然而，這種方法存在設計結果單一、對主鏈結構細節過于敏感等不足，顯著限制了設計主鏈結構的多樣性和可變性。

研究團隊首先建立了給定主鏈結構設計氨基酸序列的ABACUS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SCUBA模型。理論計算和實驗證明，用SCUBA設計主鏈結構，能夠突破只能用天然片段來拼接產生新主鏈結構的限制，從而顯著擴展從頭設計蛋白的結構多樣性，甚至設計出不同于已知天然蛋白的新穎結構。“SCUBA模型+ABACUS模型”構成了能夠從頭設計具有全新結構和序列的人工蛋白完整工具鏈，是RosettaDesign之外目前唯一經充分實驗驗證的蛋白質從頭設計方法，并與之互為補充。在論文中，團隊報道了9種從頭設計的蛋白質分子的高分辨晶體結構，其中5種蛋白質具有不同于已知天然蛋白的新穎結構。

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，本工作中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。(科技日報記者 吳長鋒)

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