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Nature:一种用全新策略构建的统计能量函数用于蛋白质设计

科学家在蛋白质设计领域取得重要进展,成功实现给定目标结构的蛋白全序列从头设计。相关成果日前发表于《自然—通讯》杂志。
蛋白质是生命功能的主要执行者,是由不同类型的氨基酸按特定顺序串联成的长链状生物大分子。很多蛋白质分子需要在空间折叠成特定的三维结构,才能发挥功能。每种蛋白质中的氨基酸序列,决定了该蛋白能否形成稳定的三维空间结构、形成怎样的三维空间结构以及具有何种功能。
目前,能折叠成稳定三维结构的蛋白质几乎全部是天然蛋白质,其氨基酸序列是长期自然进化形成的。而蛋白质设计是人工指定蛋白质的氨基酸序列,使其具有预期的三维结构和功能。近年来,国际上在该领域取得了一些重要进展,展示了其在疫苗(vaccine)研发、合成生物学(Synthetic biology)等领域的发展前景。但迄今为止,有实验验证报道的自动设计方法只有一两种。
此次,研究人员建立了一种用全新策略构建的统计能量函数用于蛋白质设计。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。同时,他们利用一种基于细菌细胞耐药性报告蛋白质折叠好坏的方法,来快速检测人工设计的蛋白质能否折叠成稳定的三维结构。该方法不仅检测效率高,还能通过实验筛选对设计作出改进。
研究人员基于这些方法,以3种不同天然蛋白质的空间结构为设计目标,获得了4个稳定折叠的人工蛋白质。他们用核磁共振方法解析了其中两个人工蛋白质的溶液结构,其实际空间结构与设计目标均高度一致。

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