中国科学家建立蛋白质设计新方法

蛋白质是生命的基础，如何通过氨基酸的人工排列组合来设计蛋白质，国际上早已关注。中国科学技术大学刘海燕教授、陈权副教授团队采用数据驱动策略，开辟了蛋白质从无到有的全新设计路线，实现了蛋白质设计关键核心技术的原始创新，为工业用酶、生物材料、生物医用蛋白质等功能蛋白质的设计奠定了坚实基础。

蛋白质的结构和功能由氨基酸序列决定。目前，几乎所有能形成稳定三维结构的蛋白质都是天然蛋白质，其氨基酸序列是经过长期自然进化形成的。当天然蛋白质的结构和功能不能满足工业或医学应用的需要时，有必要对蛋白质进行设计，以获得特定的功能蛋白质。近年来，蛋白质中从头设计的国际代表作品主要是利用天然结构片段作为积木拼接人工结构。但这种方法存在设计结果单一、对主链结构细节过于敏感等缺点，限制了主链结构的多样性和多变性。

中国科学技术大学相关团队长期深入参与计算结构生物学的基础研究和应用基础研究。刘海燕教授和陈泉副教授团队首先建立了一个给定骨架结构的氨基酸序列设计模型，然后开发了一个在氨基酸序列未定的情况下，可以从零开始设计全新骨架结构的模型。理论和实验结果表明，新方法设计的蛋白质可以突破只有天然片段才能拼接生成新骨架结构的限制，显著扩展从头设计的蛋白质的结构多样性，设计出不同于已知天然蛋白质的新结构。

团队发布了9种从一开始就设计好的蛋白质分子高分辨率晶体结构，其中5种蛋白质具有不同于已知天然蛋白质的新颖结构。相关成果于北京时间2月10日发表在国际权威学术期刊《自然》上。审稿人认为，该工作中提出的方法足够新颖和实用；从头开始设计蛋白质具有挑战性。在这项工作中，六种不同蛋白质的高分辨率设计是一项重要的成果，证明了这种方法的有效性。