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》。

　　蛋白質(zhì)是生命的基礎，是生命功能的主要執(zhí)行者，其結(jié)構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)構的蛋白質(zhì)，幾乎全部是天然蛋白質(zhì)，其氨基酸序列是長期自然進化形成。在天然蛋白結(jié)構功能不能滿足工業(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)構片段作為構建模塊來拼接產(chǎn)生人工結(jié)構。然而，這種方法存在設計結(jié)果單一、對主鏈結(jié)構細節(jié)過于敏感等不足，顯著限制了設計主鏈結(jié)構的多樣性和可變性。

　　中國科學技術大學相關團隊長期深耕計算結(jié)構生物學方向的基礎研究和應用基礎研究。施蘊渝院士是國內(nèi)這一領域的開拓者。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)構的SCUBA模型。理論計算和實驗證明，用SCUBA設計主鏈結(jié)構，能夠突破只能用天然片段來拼接產(chǎn)生新主鏈結(jié)構的限制，從而顯著擴展從頭設計蛋白的結(jié)構多樣性，甚至設計出不同于已知天然蛋白的新穎結(jié)構。“SCUBA模型+ABACUS模型”構成了能夠從頭設計具有全新結(jié)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，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。

　　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。（來源：中國科學報 桂運安 王敏）

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-021-04383-5