中国科学技术大学教授发现仿制天然蛋白质新路径

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中国科学技术大学生命科学学院刘海燕教授、陈泉副教授研究组在蛋白质设计领域取得重要进展，成功实现给定目标结构的蛋白全序列从头设计。研究成果近日发表在英国《自然·通讯》杂志上。
蛋白质由氨基酸构成，按特定顺序串联成长链状生物大分子，链状分子折叠成不同的立体结构才能从生物体内发挥功能。据介绍，目前能够折叠成稳定立体结构、有功能的蛋白质几乎全部是天然蛋白质。
长期以来，科学家一直尝试用人工方法设计出蛋白质，不仅串联起氨基酸还要像“折楼梯”一样让“氨基酸链”形成有功能的立体结构。国际上今年在该领域取得了一些重要进展，展示了蛋白质设计在疫苗研发、合成生物学等领域的重大前景，但有实验验证报道的自动设计方法只有一两种，而且成功率很低；判别所设计的蛋白质能否形成稳定的三维结构也十分困难，极大阻碍了蛋白质设计的广泛应用。
提高设计的成功率，报告蛋白质折叠形状是蛋白质设计领域需要解决的问题。刘海燕和陈泉研究组建立了一种用全新策略构建的统计能量函数，用于蛋白质设计，理论分析表明，其设计结果显著不同于、且在一些重要方面优于现有最好的蛋白质设计模型。同时，他们利用一种基于细菌细胞耐药性，报告蛋白质折叠状况的方法，来快速检测人工设计的蛋白质是否能折叠成稳定的三维结构。这种方法不仅检测效率高，还能通过实验筛选对设计做出改进。
基于这些方法，他们以三种不同天然蛋白质的空间结构为设计目标，获得了四个稳定折叠的人工蛋白质。并用核磁共振方法解析了其中两个人工蛋白质的溶液结构，证实其实际空间结构与设计目标均高度一致。
刘海燕称，该工作建立了蛋白质从头设计的新途径，其效果能够达到甚至可能超越现有最佳方法，为今后设计蛋白质疫苗、蛋白质药物提供了新的方法。