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中國科學技術(shù)大學生命科學學院教授劉海燕、副教授陳泉,成功實現(xiàn)給定目標結(jié)構(gòu)的蛋白全序列從頭設計。相關成果日前發(fā)表于《自然—通訊》雜志。
蛋白質(zhì)是生命功能的主要執(zhí)行者,是由不同類型的氨基酸按特定順序串聯(lián)成的長鏈狀生物大分子。很多蛋白質(zhì)分子需要在空間折疊成特定的三維結(jié)構(gòu),才能發(fā)揮功能。每種蛋白質(zhì)中的氨基酸序列,決定了該蛋白能否形成穩(wěn)定的三維空間結(jié)構(gòu)、形成怎樣的三維空間結(jié)構(gòu)以及具有何種功能。
目前,能折疊成穩(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化形成的。而蛋白質(zhì)設計是人工指定蛋白質(zhì)的氨基酸序列,使其具有預期的三維結(jié)構(gòu)和功能。近年來,國際上在該領域取得了一些重要進展,展示了其在疫苗研發(fā)、合成生物學等領域的發(fā)展前景。但迄今為止,有實驗驗證報道的自動設計方法只有一兩種。
此次,研究人員建立了一種用全新策略構(gòu)建的統(tǒng)計能量函數(shù)用于蛋白質(zhì)設計。理論分析表明,其設計結(jié)果顯著不同于且在一些重要方面優(yōu)于現(xiàn)有最好的蛋白質(zhì)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(zhì)折疊好壞的方法,來快速檢測人工設計的蛋白質(zhì)能否折疊成穩(wěn)定的三維結(jié)構(gòu)。該方法不僅檢測效率高,還能通過實驗篩選對設計作出改進。
研究人員基于這些方法,以3種不同天然蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)為設計目標,獲得了4個穩(wěn)定折疊的人工蛋白質(zhì)。他們用核磁共振方法解析了其中兩個人工蛋白質(zhì)的溶液結(jié)構(gòu),其實際空間結(jié)構(gòu)與設計目標均高度一致。
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