中國科大科研團(tuán)隊建立蛋白質(zhì)從頭設(shè)計新方法
人民網(wǎng)北京2月14日電(記者李依環(huán))據(jù)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)消息,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(shí)的基礎(chǔ)。相關(guān)成果于北京時間2月10日發(fā)表于《自然》。
據(jù)介紹,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)。在天然蛋白結(jié)構(gòu)功能無法滿足工業(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采用RosettaDesign——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。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)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。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(shí)驗(yàn)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RosettaDesign之外目前唯一經(jīng)充分實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的蛋白質(zhì)從頭設(shè)計方法,并與之互為補(bǔ)充。
據(jù)悉,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)?!蹲匀弧冯s志審稿人認(rèn)為,這項工作中提出的方法具有足夠的新穎性和實(shí)用性;從頭設(shè)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(shè)計是一項重要成就,證明這種方法運(yùn)行良好。
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