AI 造物里程碑：人类首次利用 AI 从头设计全新的酶，可实现超高性能且数量无限制

生物体利用酶在温和的条件下实现物质的分解或合成，往往不必依赖有毒化合物或极端高温条件等，生物体因此被誉为“完美化学家”。然而，由于酶反应机制的复杂多变，对其进行合成设计是生物化学中最具挑战性的任务之一。

2 月 22 日，美国华盛顿大学生物蛋白质设计研究所（Institute for Protein Design）主任 David Baker 团队在《自然》发表论文，描述了一种使用深度学习从头设计合成自然界中不存在的高效荧光素酶的方法。David Baker 是蛋白质计算设计领域的开创者和领军人物之一，这是人类首次利用 AI 从头设计合成出一种全新的酶。

Baker 团队利用其开发的一种基于深度学习的新蛋白质设计策略“family-wide hallucination”，通过将无约束的从头设计和固定骨架序列设计方法进行整合，可以生成数量无限的具有期望折叠的全新蛋白质。团队选择荧光素作为反应底物，筛选出 NTF2 样折叠的目标拓扑结构，通过对该折叠可变区域的无约束从头设计以及结构引导的序列优化，设计了可选择性催化发光的人造荧光素酶。实验室测试证实，表现最好的一款酶 LuxSit 只有 117 个残基，比任何已知的荧光素酶都小，该酶与合成的荧光素底物二苯基特拉嗪 (DTZ) 一起孵育可在 480 纳米处发出蓝色荧光，这与底物的化学发光光谱一致，且该蛋白质在接近沸腾的条件下仍保持部分折叠；进一步优化后，它甚至可以催化出裸眼可见的高强度荧光。

“我们能够在计算机上从头设计出具有高性能的酶，而不用依赖自然界中发现的酶。这一突破意味着原则上我们可以设计用于几乎任何化学反应的定制酶”，研究的共同主要作者 Andy Hsien-Wei Yeh 说。此次利用 AI 实现从头设计合成荧光素酶是蛋白质设计领域的重要一步，意味着 Al 驱动的酶设计将在生物技术、医学、环境修复和制造等领域发挥更大作用。（Baker Lab，华盛顿大学医学院，Nature）

转自：“科研圈”微信公众号

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