蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)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(dòng)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(jì)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(guó)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(jì)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(bào)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(duì)蛋白質(zhì)氨基酸序列進(jìn)行改造來實(shí)現(xiàn)。在華東理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)提出了模板蛋白質(zhì)和改造目標(biāo)后，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊(duì)基于他們?cè)诘鞍踪|(zhì)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)生物信息學(xué)等方面的經(jīng)驗(yàn)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(kù)中的相關(guān)小分子結(jié)合口袋，設(shè)計(jì)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(duì)重要代謝物NADPH的高時(shí)空分辨檢測(cè)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(jì)作為結(jié)構(gòu)生物學(xué)、計(jì)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(píng)選的年度科學(xué)進(jìn)展前十位。近年來，國(guó)內(nèi)多方面的生命科學(xué)基礎(chǔ)研究實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展。然而，在諸如蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)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(qiáng)，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(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)施蘊(yùn)渝院士團(tuán)隊(duì)著眼于交叉學(xué)科發(fā)展和人才培養(yǎng)，在國(guó)內(nèi)率先開展了蛋白質(zhì)分子設(shè)計(jì)有關(guān)的基礎(chǔ)理論和方法學(xué)研究。 近年來，我校若干團(tuán)隊(duì)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(dòng)的蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)模型，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，設(shè)計(jì)成功率顯著提升。例如，劉海燕教授團(tuán)隊(duì)在《自然-通訊》報(bào)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(jì)，是目前國(guó)際上達(dá)到此性能的兩種蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)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(dòng)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)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(jì)的需求奠定了基礎(chǔ)。
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