10月27日，中國科學技術大學生命科學學院劉海燕教授/陳泉副教授研究組在Nature Communications上報道了蛋白質從頭設計的最新成果，題為“Protein design with a comprehensive statistical energy function and boosted ”。作者建立了一種新的統計能量函數，并將胞內進化方法應用于從頭設計蛋白可折疊性的高效實驗鑒定和改進，用其成功實現給定目標結構的蛋白全序列從頭設計。
圖1 從頭設計蛋白質的實際空間結構（黃色）與目標結構（紅色）比較。
作為生命功能的主要執行者，蛋白質氨基酸序列和空間結構之間的關系是科學界懸而未決的課題。如何在廣袤的序列空間中選擇合適的序列，使之折疊成特定的結構，不但有助于認識這一科學問題，而且能夠為按需創造人工功能蛋白打下基礎。近十年來，國際上蛋白質設計領域取得了一些重要進展，但有實驗驗證的自動設計方法只有寥寥一兩種，且蛋白質全序列從頭設計的成功率還很低。
統計能量函數是一種從天然蛋白質序列和結構數據中抽提、總結得出的普適性模型，它用有效自由能的形式概括氨基酸殘基的局部構象和空間相互作用。有了準確的能量模型，就可以通過優化序列能量進行蛋白質設計。該文報道了一種用全新策略構建的統計能量函數，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最好的蛋白質設計模型。該文還將一種基于融合內酰胺酶活性的在體檢測方法應用于從頭設計蛋白折疊性的高效鑒定和改進。論文報道了針對三套目標主鏈結構從頭設計的序列，獲得了四個穩定折疊的人工蛋白；用核磁共振方法解析了其中兩個蛋白質的溶液結構，其實際空間結構與設計目標高度一致（圖1）。該工作建立了蛋白質從頭設計的新途徑，證明其效果能夠達到甚至超過現有最好方法，為蛋白質結構功能的設計改造提供了新工具。
論文共同第一作者為我校博士生熊鵬和王蒙。該項研究得到了國家自然科學基金委、科技部及安徽省自然科學基金委的支持。
附論文鏈接http://www.nature.com/ncomms/2014/141027/ncomms6330/full/ncomms6330.html
