導讀：目前能夠折疊成穩定立體結構、有功能的蛋白質幾乎全部是天然蛋白質，科學家們一直嘗試用人工方法設計出蛋白質，但目前現有的設計方法成功率很低。近日，從科學技術大學生命科學學院傳來消息，該院的劉海燕教授、陳泉副教授研究組在蛋白質設計領域取得重要進展，成功實現給定目標結構的蛋白全序列從頭設計，其效果能夠達到甚至可能超越現有方法，為今后設計蛋白質疫苗、蛋白質藥物提供了新的方法。
蛋白質由氨基酸構成，按特定順序串聯成長鏈狀生物大分子，鏈狀分子折疊成不同的立體結構才能從生物體內發揮功能。據介紹，目前能夠折疊成穩定立體結構、有功能的蛋白質幾乎全部是天然蛋白質。
長期以來，科學家一直嘗試用人工方法設計出蛋白質，不僅串聯起氨基酸還要像“折樓梯”一樣讓“氨基酸鏈”形成有功能的立體結構。上今年在該領域取得了一些重要進展，展示了蛋白質設計在疫苗研發、合成生物學等領域的重大前景，但有實驗驗證報道的自動設計方法只有一兩種，而且成功率很低；判別所設計的蛋白質能否形成穩定的三維結構也十分困難，大阻礙了蛋白質設計的廣泛應用。
提高設計的成功率，報告蛋白質折疊形狀是蛋白質設計領域需要解決的問題。劉海燕和陳泉研究組建立了一種用全新策略構建的統計能量函數，用于蛋白質設計，理論分析表明，其設計結果顯著不同于、且在一些重要方面優于現有的蛋白質設計模型。同時，他們利用一種基于細菌細胞耐藥性，報告蛋白質折疊狀況的方法，來快速檢測人工設計的蛋白質是否能折疊成穩定的三維結構。這種方法不僅檢測效率高，還能通過實驗篩選對設計做出改進。
基于這些方法，他們以三種不同天然蛋白質的空間結構為設計目標，獲得了四個穩定折疊的人工蛋白質。并用核磁共振方法解析了其中兩個人工蛋白質的溶液結構，證實其實際空間結構與設計目標均高度一致。
劉海燕稱，該工作建立了蛋白質從頭設計的新途徑，其效果能夠達到甚至可能超越現有方法，為今后設計蛋白質疫苗、蛋白質藥物提供了新的方法。
該研究成果近日發表在英國《自然·通訊》雜志上。
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