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我科學家建立蛋白質(zhì)從頭設計新方法

2022-02-15 11:25:01來源:光明日報

本報合肥2月13日電(記者常河 通訊員王敏)中國科學技術大學劉海燕教授、陳泉副教授團隊基于數(shù)據(jù)驅(qū)動原理,開辟出一條全新的蛋白質(zhì)從頭設計路線,在蛋白質(zhì)設計這一前沿科技領域?qū)崿F(xiàn)了關鍵核心技術的原始創(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計奠定了堅實的基礎。相關成果北京時間2月10日發(fā)表于《自然》。

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)功能無法滿足工業(yè)或醫(yī)療應用需求時,想要得到特定的功能蛋白,就需要對其結(jié)構(gòu)進行設計。近年來,國際上蛋白質(zhì)從頭設計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)建模塊來拼接產(chǎn)生人工結(jié)構(gòu)。然而,這種方法存在設計結(jié)果單一、對主鏈結(jié)構(gòu)細節(jié)過于敏感等不足,顯著限制了設計主鏈結(jié)構(gòu)的多樣性和可變性。

中國科學技術大學相關團隊長期深耕計算結(jié)構(gòu)生物學方向的基礎研究和應用基礎研究。劉海燕教授、陳泉副教授團隊十余年來致力于發(fā)展數(shù)據(jù)驅(qū)動的蛋白質(zhì)設計方法。該團隊首先建立了給定主鏈結(jié)構(gòu)設計氨基酸序列的ABACUS模型,進而發(fā)展了能在氨基酸序列待定時從頭設計全新主鏈結(jié)構(gòu)的SCUBA模型。理論計算和實驗證明,用SCUBA設計主鏈結(jié)構(gòu),能夠突破只能用天然片段來拼接產(chǎn)生新主鏈結(jié)構(gòu)的限制,從而顯著擴展從頭設計蛋白的結(jié)構(gòu)多樣性,甚至設計出不同于已知天然蛋白的新穎結(jié)構(gòu)?!癝CUBA模型+ABACUS模型”構(gòu)成了能夠從頭設計具有全新結(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(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)。

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(zhì)具有挑戰(zhàn)性,本工作中6種不同蛋白質(zhì)的高分辨率設計是一項重要成就,證明這種方法運行良好。

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