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蛋白質是構成生命的主要物質,自然界經過億萬年自然選擇,獲得了各種不同功能的蛋白。

組成蛋白的氨基酸序列排列的方式和空間結構很復雜,序列組合數量幾乎是天文數字。尋找新一代研究方式,對加速挖掘蛋白質潛力、推動生命科學領域發展來說尤為重要。

隨著先進的蛋白質設計技術與人工智能技術的發展,在“蛋白質從頭設計”的時代,我們能夠進一步挖掘蛋白質的無限潛力,獲得超越自然進化的超級蛋白將成為可能。

曙光計算服務,助力“超高親和力”蛋白設計

目前,深度學校結合共進化的算法已經能夠精準的根據蛋白質的氨基酸序列預測蛋白的結構。

然而,更具有價值的研究是如何針對特定蛋白質結合位點從頭設計超高親和力的結合蛋白。

該研究需要突破兩個關鍵:第一,能夠精準的預測設計蛋白質的結構;第二,在此基礎上,根據結合位點氨基酸側鏈朝向,精準的設計能與之精準結合的蛋白。

301醫院轉化醫學研究中心副主任趙磊博士介紹,在蛋白質設計巨擘David Baker院士的指導下,借助曙光計算服務平臺的超強算力已經獲得了能針對任一蛋白位點直接設計獲得親和力達到幾十皮摩水平的超高親和力結合蛋白。能夠在不到65個氨基酸的序列上直接設計獲得皮摩水平的超強結合蛋白。能夠在不到65個氨基酸的序列上直接設計獲得皮摩水平的超強結合蛋白,其結構也表現出超強的結構穩定性,Tm大于95℃。且無糖基化修飾位點,能通過原核快速表達制備,顯著降低生產成本。

從頭設計蛋白質的應用

對蛋白質的結構進行預測和設計,可以在不同領域發揮重要作用。

在診療藥物方面,借助蛋白質從頭設計超越自然進化的超級蛋白質。該蛋白具有更好的特異性、檢測靈敏性、親和力更高、且成本更低,有望成為新一代診療蛋白藥物。

另外,在疫苗研發領域。借助計算機全新蛋白設計,針對病原菌入侵關鍵位點開發更加穩定且免疫原性更強的新一代疫苗。該技術能更好的進行抗原展示,更加有效的激發機體對展示抗原產生免疫反應,且不含有任何遺傳物質。有望成為更加安全、有效的新一代重組蛋白疫苗。

從頭設計蛋白質發展展望

從零開始設計蛋白質結構和功能,意味著我們可以創造出具有各種功能且超越現有功能的蛋白工具,用于解決21世紀人類所面臨的各種挑戰,也讓我們能更加透徹的理解生命。

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