美制造出迄今最大人工蛋白质

2011-11-17 11:09 来源: 科技日报
612 收藏到BLOG

  据美国物理学家组织网11月15日报道,最近,美国范德堡大学通过改进目前的蛋白质设计软件,设计并人工合成了迄今最大的蛋白质,打破了华盛顿大学2003年合成的最大蛋白质纪录。研究人员指出,他们开发的新方法可以设计自然界没有的而且更大的蛋白质,比如更有效的抗体和其他有益蛋白。

  该蛋白质称为FLR,其三维结构中有8个β链,并由8个α螺旋环绕,排列成像小桶一样的六边形。新设计的蛋白质氨基酸数达到了242个,而此前的最大纪录是106个。

  过去10多年来,研究人员按照相关的物理化学规则,利用蛋白质模型软件找出合适的氨基酸序列,折叠成稳定的形状来设计出许多自然界没有的蛋白质。但现有软件可生成上百万个候选版本,把每种氨基酸放在各个位置上测试其稳定性需要占用大量机时,而且随着蛋白质长度增加,所需时间会急剧增长。

  范德堡大学化学副教授詹斯·梅勒领导的研究团队对现有的蛋白质工程平台ROSETTA加以改进,在设计过程中加上了对称性。他们使用范德堡先进计算机研究教育中心的超级计算机,花了连续10天时间,进行了400个处理过程来找到最稳定的结构。

  该研究也为一项有争议性的蛋白质进化理论——基因复制与聚合假说提供了新支持。该理论认为,小蛋白质的优势是能迅速进化以适应变化的环境,而大蛋白质能执行更复杂的功能。大自然则整合了这两种优势,选择小蛋白质与它们的副本相互作用形成更大的二聚体蛋白。一旦找到有用的二聚体,原始编码基因就会聚合成新基因,直接产出这种二聚体。进一步,二聚体基因再经过自然选择逐渐改良,变得更加有效或发展出新的功能。

  研究人员还指出,不久前蛋白质工程师们人工合成了针对HIV病毒的蛋白疫苗,并经动物实验证明这是一种很有潜力的治疗策略,而新方法有助于这项研究的进一步扩展。