蛋白質(zhì)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(xué)技術(shù)大學(xué)了解到，該校劉海燕教授、陳泉副教授團隊基于數據驅動(dòng)原理，開(kāi)辟出一條全新的蛋白質(zhì)從頭設計路線(xiàn)，在蛋白質(zhì)設計這一前沿科技領(lǐng)域實(shí)現了關(guān)鍵核心技術(shù)的原始創(chuàng )新，為工業(yè)酶、生物材料、生物醫藥蛋白等功能蛋白的設計奠定了堅實(shí)的基礎。相關(guān)成果北京時(shí)間2月10日發(fā)表于《自然》。

蛋白質(zhì)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(zhì)，幾乎全部是天然蛋白質(zhì)，其氨基酸序列是長(cháng)期自然進(jìn)化形成。在天然蛋白結構功能不能滿(mǎn)足工業(yè)或醫療應用需求時(shí)，想要得到特定的功能蛋白，就需要對其結構進(jìn)行設計。近年來(lái)，國際上蛋白質(zhì)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(lái)拼接產(chǎn)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(guò)于敏感等不足，顯著(zhù)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(jìn)而發(fā)展了能在氨基酸序列待定時(shí)從頭設計全新主鏈結構的SCUBA模型。理論計算和實(shí)驗證明，用SCUBA設計主鏈結構，能夠突破只能用天然片段來(lái)拼接產(chǎn)生新主鏈結構的限制，從而顯著(zhù)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(jīng)充分實(shí)驗驗證的蛋白質(zhì)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(zhì)分子的高分辨晶體結構，其中5種蛋白質(zhì)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(shí)用性;從頭設計蛋白質(zhì)具有挑戰性，本工作中6種不同蛋白質(zhì)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(cháng)鋒)

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