Science頭條：蛋白設計師的奇妙世界

深諳蛋白質結構法則使David Baker能夠設計出新的藥物和材料。V.Altounian/Science

近日，來自華盛頓大學的生物化學家David Baker及其團隊在science上報道了他們設計的幾種自組裝的大分子蛋白複合物，該複合物為兆道爾頓級別的二十面體蛋白，由120個人造亞基自組裝構成。他們的設計靈感來源於大自然，自然界提供了無數包括二十面體籠形蛋白在內的自組裝蛋白質的範例，比如一些蛋白質支架、酶、病毒衣殼等。經過電子顯微鏡、x射線小角散射、x-射線晶體學分析表明包含三種二十面體結構的10個人造複合物與設計模型高度吻合。並且在體外由獨立純化組件組裝為二十面體複合物的過程十分迅速，堪比病毒衣殼。此外，該組裝過程還可以由電荷之間的相互作用所控制。這項研究可能為分子機器領域開啟新的篇章。

眾所周知，由DNA轉錄、翻譯後形成蛋白質必須形成特定的構象才能發揮生物學功能。在上世紀60年代初，美國國立衛生研究院（NIH）的生化學家認為，每種蛋白質自身會摺疊成一種固有的形狀。在溶液中加熱一種蛋白質會破壞它的三維結構。但同時，NIH也注意到了當蛋白質冷卻下來後會恢復構象。這意味著蛋白質構象是來源於不同氨基酸之間的相互作用，而不是細胞內某些獨立的分子摺疊機。如果研究人員能確定所有相互作用的力，那麼他們就可以根據任何氨基酸序列來計算出它的最終構象。蛋白摺疊問題由此產生。

多年來，來自華盛頓大學的生物化學教授David Baker和他的團隊一直在試圖解決現代科學的這個大難題：氨基酸鏈是如何摺疊成具有三維結構的蛋白質並在生命活動中行使功能的。現在，他們已經將該研究應用於設計併合成人造蛋白質，並將其廣泛地運用到醫藥及材料等行業。目前，Baker和他的團隊已經生產出實驗的HIV疫苗，同時抵抗所有流感病毒株的新型蛋白，可攜帶重組DNA進入細胞的載體分子，以及幫助微生物從大氣中吸收二氧化碳並轉化為有用化學物質的酶。

如果說人類解讀和編寫DNA的能力催生了分子生物學革命，那麼設計新型蛋白質技術的出現則改變了剩餘的一切。馬里蘭大學帕克分校的蛋白質摺疊專家John Moult說。「無人知曉它所帶來的影響。因為這項技術可能對幾十個學科都有著巨大的衝擊力。這將宣起一場革命。」 蛋白設計師們擺脫了自然束縛，現在，唯一限制他們的只有他們自己的想像力。 「我們甚至可以用蛋白質創造一個新世界。」 Baker說道。

備註：本文編譯自Science網站，原標題：「This protein designer aims to revolutionize medicines and materials」

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