蛋白質(zhì)設(shè)計研究如何通過指定或改變氨基酸序列來控制、改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能。蛋白質(zhì)是生命功能最主要的執(zhí)行者，研究者能夠通過遺傳編碼讓細(xì)胞自動合成表達(dá)人工蛋白，表征細(xì)胞狀態(tài)，調(diào)控細(xì)胞功能。因此，有效、可靠的蛋白質(zhì)設(shè)計能在生命科學(xué)不同領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，特別是在新興的合成生物學(xué)方向，可成為重要支撐技術(shù)。
6月5日，《自然-方法》雜志在線發(fā)表了華東理工大學(xué)楊弋教授、趙玉政研究員課題組與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)劉海燕教授課題組合作的研究論文“Genetically encoded fluorescent sensors reveal dynamic regulation of NADPH metabolism”（http://www.nature.com/nmeth/journal/vaop/ncurrent/full/nmeth.4306.html）。遺傳編碼的代謝物探針是一類經(jīng)過人工設(shè)計改造的蛋白質(zhì)，能特異性結(jié)合特定小分子代謝物，繼而通過熒光等在細(xì)胞內(nèi)原位報告小分子代謝物濃度。這類探針必須具備以高親和力和高選擇性結(jié)合特定代謝物的能力，這需要通過對蛋白質(zhì)氨基酸序列進(jìn)行改造來實現(xiàn)。在華東理工大學(xué)團隊提出了模板蛋白質(zhì)和改造目標(biāo)后，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)團隊基于他們在蛋白質(zhì)設(shè)計、結(jié)構(gòu)生物信息學(xué)等方面的經(jīng)驗和方法積累，系統(tǒng)分析比較了現(xiàn)有蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)小分子結(jié)合口袋，設(shè)計了突變方案，促成了首類煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）熒光蛋白探針iNap的發(fā)明。iNap探針可用于在活體、活細(xì)胞及各種亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中對重要代謝物NADPH的高時空分辨檢測和成像。該論文第一作者為華東理工大學(xué)博士生陶榮坤、趙玉政研究員和中科大博士生初環(huán)宇，通訊作者為楊弋教授和劉海燕教授。
蛋白質(zhì)設(shè)計作為結(jié)構(gòu)生物學(xué)、計算與信息科學(xué)、物理化學(xué)等的多學(xué)科交叉前沿，進(jìn)入了2016年《科學(xué)》雜志評選的年度科學(xué)進(jìn)展前十位。近年來，國內(nèi)多方面的生命科學(xué)基礎(chǔ)研究實現(xiàn)了跨越式發(fā)展。然而，在諸如蛋白質(zhì)設(shè)計等交叉科學(xué)和源頭類方法技術(shù)方面的研究還亟待加強，才能滿足提升原始創(chuàng)新能力的需要。上世紀(jì)九十年代，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)施蘊渝院士團隊著眼于交叉學(xué)科發(fā)展和人才培養(yǎng)，在國內(nèi)率先開展了蛋白質(zhì)分子設(shè)計有關(guān)的基礎(chǔ)理論和方法學(xué)研究。 近年來，我校若干團隊繼續(xù)在此方向開展深入研究，在分子生物物理原理指導(dǎo)下建立數(shù)據(jù)驅(qū)動的蛋白質(zhì)設(shè)計模型，經(jīng)實驗驗證，設(shè)計成功率顯著提升。例如，劉海燕教授團隊在《自然-通訊》報道了原創(chuàng)的ABACUS方法，能以高成功率進(jìn)行氨基酸序列從頭設(shè)計，是目前國際上達(dá)到此性能的兩種蛋白質(zhì)設(shè)計方法之一；他們還應(yīng)邀在結(jié)構(gòu)生物學(xué)重要綜述雜志Curr Opin Struct Biol撰寫了相關(guān)方法進(jìn)展的綜述。這些工作為推動數(shù)據(jù)驅(qū)動蛋白質(zhì)設(shè)計的發(fā)展、以滿足生物傳感、合成生物學(xué)等新領(lǐng)域?qū)Φ鞍踪|(zhì)設(shè)計的需求奠定了基礎(chǔ)。
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