2 月 10 日消息，據(jù)中國科大官網(wǎng)，中國科學技術(shù)大學劉海燕教授、陳泉副教授團隊采用數(shù)據(jù)驅(qū)動策略，開辟出一條全新的蛋白質(zhì)從頭設(shè)計路線。

　　相關(guān)成果以“用于蛋白質(zhì)設(shè)計的以主鏈為中心的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能量函數(shù)”為題于北京時間 2 月 10 日發(fā)表于 Nature。

　　據(jù)介紹，蛋白質(zhì)是生命的基礎(chǔ)，是生命功能的主要執(zhí)行者，其結(jié)構(gòu)與功能由氨基酸序列所決定。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)，其氨基酸序列是長期自然進化形成。在天然蛋白結(jié)構(gòu)功能不能滿足工業(yè)或醫(yī)療應用需求時，想要得到特定的功能蛋白，就需要對其結(jié)構(gòu)和序列進行設(shè)計。

　　中國科學技術(shù)大學相關(guān)團隊長期深耕計算結(jié)構(gòu)生物學方向的基礎(chǔ)研究和應用基礎(chǔ)研究。劉海燕教授、陳泉副教授團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，建立并實驗驗證了給定主鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計氨基酸序列的 ABACUS 模型，進而發(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(圖 1)。SCUBA 采用了一種新的統(tǒng)計學習策略，基于核密度估計(或近鄰計數(shù)，NC)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合(NN)方法，從原始結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)中得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)形式的解析能量函數(shù)，能夠高保真地反應實際蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中不同結(jié)構(gòu)變量間的高維相關(guān)關(guān)系，在不確定序列的前提下，連續(xù)、廣泛地搜索主鏈結(jié)構(gòu)空間，自動產(chǎn)生“高可設(shè)計性”主鏈。

　　理論計算和實驗證明，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，顯著擴展從頭設(shè)計蛋白的結(jié)構(gòu)多樣性，進而設(shè)計出不同于已知天然蛋白的新穎結(jié)構(gòu)。“SCUBA 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)充分實驗驗證的蛋白質(zhì)從頭設(shè)計方法，并與之互為補充。在論文中，團隊報道了 9 種從頭設(shè)計的蛋白質(zhì)分子的高分辨晶體結(jié)構(gòu) (圖 2)，它們的實際結(jié)構(gòu)與設(shè)計模型一致，其中 5 種蛋白質(zhì)具有天然蛋白質(zhì)中尚未觀察到的新型拓撲結(jié)構(gòu)。

　　原文鏈接：

　　https://www.nature.com/ articles / s41586-021-04383-5