記者2月10日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校劉海燕教授、陳泉副教授團(tuán)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(shè)計路線，在蛋白質(zhì)設(shè)計這一前沿科技領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了關(guān)鍵核心技術(shù)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(shè)計奠定了堅實的基礎(chǔ)。相關(guān)成果于2月10日發(fā)表在世界頂刊《自然》上。

蛋白質(zhì)是生命的基礎(chǔ)，是生命功能的主要執(zhí)行者，其結(jié)構(gòu)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(gòu)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(jìn)化形成。在天然蛋白結(jié)構(gòu)功能不能滿足工業(yè)或醫(yī)療應(yīng)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(jìn)行設(shè)計。近年來，國際上蛋白質(zhì)從頭設(shè)計的代表性工作主要使用天然結(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(shè)計結(jié)果單一、對主鏈結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)過于敏感等不足，顯著限制了設(shè)計主鏈結(jié)構(gòu)的多樣性和可變性。

中科大相關(guān)團(tuán)隊長期深耕計算結(jié)構(gòu)生物學(xué)方向的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究。施蘊(yùn)渝院士是國內(nèi)這一領(lǐng)域的開拓者。劉海燕教授、陳泉副教授團(tuán)隊十余年來致力于發(fā)展數(shù)據(jù)驅(qū)動的蛋白質(zhì)設(shè)計方法。該團(tuán)隊首先建立了給定主鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計氨基酸序列的ABACUS模型，進(jìn)而發(fā)展了能在氨基酸序列待定時從頭設(shè)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(shè)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(kuò)展從頭設(shè)計蛋白的結(jié)構(gòu)多樣性，甚至設(shè)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(shè)計具有全新結(jié)構(gòu)和序列的人工蛋白完整工具鏈，是現(xiàn)有代表性工作之外目前唯一經(jīng)充分實驗驗證的蛋白質(zhì)從頭設(shè)計方法，并與之互為補(bǔ)充。在論文中，團(tuán)隊報道了9種從頭設(shè)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)。（記者 陳婉婉）