中國科大科研團隊建立全新的蛋白質從頭設計路線

人民網北京2月14日電 （記者李依環）據中國科學技術大學消息，該校劉海燕教授、陳泉副教授團隊基于數據驅動原理，開辟出一條全新的蛋白質從頭設計路線，在蛋白質設計這一前沿科技領域實現了關鍵核心技術的原始創新，為工業酶、生物材料、生物醫藥蛋白等功能蛋白的設計奠定了堅實的基礎。相關成果于北京時間2月10日發表于《自然》。

據介紹，目前，能夠形成穩定三維結構的蛋白質，幾乎全部是天然蛋白質。在天然蛋白結構功能無法滿足工業或醫療應用需求時，想要得到特定的功能蛋白，就需要對其結構進行設計。近年來，國際上蛋白質從頭設計的代表性工作主要采用RosettaDesign——使用天然結構片段作為構建模塊來拼接產生人工結構。然而，這種方法存在設計結果單一、對主鏈結構細節過于敏感等不足，顯著限制了設計主鏈結構的多樣性和可變性。

用SCUBA模型進行蛋白質設計的原理。中國科學技術大學供圖

中國科學技術大學相關團隊長期深耕計算結構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展數據驅動的蛋白質設計方法。該團隊首先建立了給定主鏈結構設計氨基酸序列的ABACUS模型，進而發展了能在氨基酸序列待定時從頭設計全新主鏈結構的SCUBA模型。

理論計算和實驗證明，用SCUBA設計主鏈結構，能夠突破只能用天然片段來拼接產生新主鏈結構的限制，從而顯著擴展從頭設計蛋白的結構多樣性，甚至設計出不同于已知天然蛋白的新穎結構。“SCUBA模型+ABACUS模型”構成了能夠從頭設計具有全新結構和序列的人工蛋白完整工具鏈，是RosettaDesign之外目前唯一經充分實驗驗證的蛋白質從頭設計方法，并與之互為補充。

據悉，論文中，團隊報道了9種從頭設計的蛋白質分子的高分辨晶體結構，其中5種蛋白質具有不同于已知天然蛋白的新穎結構。《自然》雜志審稿人認為，這項工作中提出的方法具有足夠的新穎性和實用性；從頭設計蛋白質具有挑戰性，本工作中6種不同蛋白質的高分辨率設計是一項重要成就，證明這種方法運行良好。