我國(guó)科學(xué)家建立蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)新方法

新華社合肥2月10日電（記者周暢）蛋白質(zhì)是生命的基礎(chǔ)，國(guó)際上早有關(guān)注如何通過(guò)氨基酸的人工排列組合設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)劉海燕教授、陳泉副教授團(tuán)隊(duì)采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)策略，開辟出一條全新的蛋白質(zhì)從頭設(shè)計(jì)路線，在蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)這一前沿科技領(lǐng)域?qū)崿F(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(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

蛋白質(zhì)的結(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(zhǎng)期自然進(jìn)化形成。在天然蛋白結(jié)構(gòu)功能不能滿足工業(yè)或醫(yī)療應(yīng)用需求時(shí)，想要得到特定的功能蛋白，就需要進(jìn)行蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)。近年來(lái)，國(guó)際上蛋白質(zhì)從頭設(shè)計(jì)的代表性工作主要采用天然結(jié)構(gòu)片段作為構(gòu)建模塊來(lái)拼接產(chǎn)生人工結(jié)構(gòu)。然而，這種方法存在設(shè)計(jì)結(jié)果單一、對(duì)主鏈結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)過(guò)于敏感等不足，限制了設(shè)計(jì)主鏈結(jié)構(gòu)的多樣性和可變性。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)相關(guān)團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期深耕計(jì)算結(jié)構(gòu)生物學(xué)方向的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究。劉海燕教授、陳泉副教授團(tuán)隊(duì)十余年來(lái)致力于發(fā)展數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)方法。該團(tuán)隊(duì)首先建立了給定主鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)氨基酸序列的模型，進(jìn)而發(fā)展了能在氨基酸序列待定時(shí)從頭設(shè)計(jì)全新主鏈結(jié)構(gòu)的模型。理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)證明，用新方法設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)，能夠突破只能用天然片段來(lái)拼接產(chǎn)生新主鏈結(jié)構(gòu)的限制，顯著擴(kuò)展從頭設(shè)計(jì)蛋白的結(jié)構(gòu)多樣性，設(shè)計(jì)出不同于已知天然蛋白的新穎結(jié)構(gòu)。

該團(tuán)隊(duì)發(fā)布了9種從頭設(shè)計(jì)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)，相關(guān)成果北京時(shí)間2月10日發(fā)表于國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》。審稿人認(rèn)為，這項(xiàng)工作中提出的方法具有足夠的新穎性和實(shí)用性；從頭設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)具有挑戰(zhàn)性，該工作中6種不同蛋白質(zhì)的高分辨率設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要成就，證明這種方法運(yùn)行良好。

圖1，從頭設(shè)計(jì)蛋白的高分辨晶體結(jié)構(gòu)（天藍(lán)色）與設(shè)計(jì)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(zhì)結(jié)構(gòu)，毛筆正在繪制的是從頭設(shè)計(jì)蛋白的結(jié)構(gòu)。毛筆代表了蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)的工具，可“描繪”出不同于已知天然蛋白的新穎結(jié)構(gòu)。