10月27日，中国科学技术大学生命科学学院刘海燕教授/陈泉副教授研究组在Nature Communications上报道了蛋白质从头设计的最新成果，题为“Protein design with a comprehensive statistical energy function and boosted by experimental selection for foldability”。 作者建立了一种新的统计能量函数，并将胞内进化方法应用于从头设计蛋白可折叠性的高效实验鉴定和改进，用其成功实现给定目标结构的蛋白全序列从头设计。

图1　从头设计蛋白质的实际空间结构（黄色）与目标结构（红色）比较。

作为生命功能的主要执行者，蛋白质氨基酸序列和空间结构之间的关系是科学界悬而未决的课题。如何在广袤的序列空间中选择合适的序列，使之折叠成特定的结构，不但有助于认识这一科学问题，而且能够为按需创造人工功能蛋白打下基础。近十年来，国际上蛋白质设计领域取得了一些重要进展，但有实验验证的自动设计方法只有寥寥一两种，且蛋白质全序列从头设计的成功率还很低。

统计能量函数是一种从天然蛋白质序列和结构数据中抽提、总结得出的普适性模型，它用有效自由能的形式概括氨基酸残基的局部构象和空间相互作用。有了准确的能量模型，就可以通过优化序列能量进行蛋白质设计。该文报道了一种用全新策略构建的统计能量函数，理论分析表明其设计结果显著不同于、且在一些重要方面优于现有最好的蛋白质设计模型。该文还将一种基于融合内酰胺酶活性的在体检测方法应用于从头设计蛋白折叠性的高效鉴定和改进。论文报道了针对三套目标主链结构从头设计的序列，获得了四个稳定折叠的人工蛋白；用核磁共振方法解析了其中两个蛋白质的溶液结构，其实际空间结构与设计目标高度一致（图1）。该工作建立了蛋白质从头设计的新途径，证明其效果能够达到甚至超过现有最好方法，为蛋白质结构功能的设计改造提供了新工具。

论文共同第一作者为我校博士生熊鹏和王蒙。该项研究得到了国家自然科学基金委、科技部及安徽省自然科学基金委的支持。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （生命科学学院、科研部）

附论文链接http://www.nature.com/ncomms/2014/141027/ncomms6330/full/ncomms6330.html