中國(guó)科大科研團(tuán)隊(duì)建立全新的蛋白質(zhì)從頭設(shè)計(jì)路線

人民網(wǎng)北京2月14日電 （記者李依環(huán)）據(jù)中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)消息，該校劉海燕教授、陳泉副教授團(tuán)隊(duì)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)原理，開(kāi)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)的基礎(chǔ)。相關(guān)成果于北京時(shí)間2月10日發(fā)表于《自然》。

據(jù)介紹，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)。在天然蛋白結(jié)構(gòu)功能無(wú)法滿足工業(yè)或醫(yī)療應(yīng)用需求時(shí)，想要得到特定的功能蛋白，就需要對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(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RosettaDesign——使用天然結(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，顯著限制了設(shè)計(jì)主鏈結(jié)構(gòu)的多樣性和可變性。

用SCUBA模型進(jìn)行蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)的原理。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)供圖

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ABACUS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SCUBA模型。

理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)證明，用SCUBA設(shè)計(jì)主鏈結(jié)構(gòu)，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，從而顯著擴(kuò)展從頭設(shè)計(jì)蛋白的結(jié)構(gòu)多樣性，甚至設(shè)計(jì)出不同于已知天然蛋白的新穎結(jié)構(gòu)。“SCUBA模型+ABACUS模型”構(gòu)成了能夠從頭設(shè)計(jì)具有全新結(jié)構(gòu)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(yàn)驗(yàn)證的蛋白質(zhì)從頭設(shè)計(jì)方法，并與之互為補(bǔ)充。

據(jù)悉，論文中，團(tuán)隊(duì)報(bào)道了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)?！蹲匀弧冯s志審稿人認(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，本工作中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。