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2025年1月
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發(fā)布時間: 2021-10-19
蛋白質(zhì)是構(gòu)成生命的主要物質(zhì)，自然界經(jīng)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(jié)構(gòu)很復(fù)雜，序列組合數(shù)量幾乎是天文數(shù)字。尋找新一代研究方式，對加速挖掘蛋白質(zhì)潛力、推動生命科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展來說尤為重要。
隨著先進(jìn)的蛋白質(zhì)設(shè)計技術(shù)與人工智能技術(shù)的發(fā)展，在“蛋白質(zhì)從頭設(shè)計”時代，我們能夠進(jìn)一步挖掘蛋白質(zhì)的無限潛力，獲得超越自然進(jìn)化的超級蛋白將成為可能。
曙光計算服務(wù)，助力“超高親和力”蛋白設(shè)計
目前，深度學(xué)習(xí)結(jié)合共進(jìn)化的算法已經(jīng)能夠精準(zhǔn)的根據(jù)蛋白的氨基酸序列預(yù)測蛋白的結(jié)構(gòu)。然而，更具有價值的研究是如何針對特定蛋白結(jié)合位點從頭設(shè)計超高親和力的結(jié)合蛋白。
該研究需要突破兩個關(guān)鍵：第一，能夠精準(zhǔn)的預(yù)測設(shè)計蛋白的結(jié)構(gòu)；第二，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)結(jié)合位點氨基酸側(cè)鏈朝向，精準(zhǔn)的設(shè)計能與之精準(zhǔn)結(jié)合的蛋白。
301醫(yī)院轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究中心副主任趙磊博士介紹，在蛋白質(zhì)設(shè)計巨擘David Baker院士的指導(dǎo)下，借助曙光計算服務(wù)平臺的超強算力已經(jīng)獲得了能針對任一蛋白位點直接設(shè)計獲得親和力達(dá)到幾十皮摩水平的超高親和力結(jié)合蛋白。能夠在不到65個氨基酸的序列上直接設(shè)計獲得皮摩水平的超強結(jié)合蛋白，其結(jié)構(gòu)也表現(xiàn)出超強的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，Tm大于95℃。且無糖基化修飾位點，能通過原核快速表達(dá)制備，顯著降低生產(chǎn)成本。
從頭設(shè)計蛋白質(zhì)的應(yīng)用
對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測和設(shè)計，可以在不同領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
在診療藥物方面，借助蛋白質(zhì)從頭設(shè)計超越自然進(jìn)化的超級蛋白。該蛋白具有更好特異性、檢測靈敏性、親和力更高、且成本更低，有望成為的新一代診療蛋白藥物。
另外，在疫苗研發(fā)領(lǐng)域。借助計算機全新蛋白設(shè)計，針對病原菌入侵關(guān)鍵位點開發(fā)更加穩(wěn)定且免疫原性更強的新一代疫苗。該技術(shù)能更好的進(jìn)行抗原展示，更加有效的激發(fā)機體對展示抗原產(chǎn)生免疫反應(yīng)，且不含有任何遺傳物質(zhì)。有望成為更加安全、有效的新一代重組蛋白疫苗。
從頭設(shè)計蛋白質(zhì)發(fā)展展望
從零開始設(shè)計蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能，意味著我們可以創(chuàng)造出具有各種功能且超越現(xiàn)有功能的蛋白工具，用于解決21世紀(jì)人類所面臨的各種挑戰(zhàn)，也讓我們能更加透徹的理解生命。
近日，曙光邀請301醫(yī)院轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究中心副主任趙磊博士分享《淺談計算機靶向蛋白質(zhì)的設(shè)計研究》中，談到了結(jié)合目前最新蛋白設(shè)計研究進(jìn)展，借助計算實現(xiàn)蛋白從頭設(shè)計，獲得超越自然進(jìn)化的超級蛋白。
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