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Science头条:蛋白设计师的奇妙世界

2016/07/24 来源:生物探索
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导读
7月22日,来自华盛顿大学的David Baker研究组于science上发表了他们设计的兆道尔顿级别的二十面体蛋白复合物。近年来越来越多关于蛋白质构象及人造蛋白质的研究可能于不久的将来在医药、材料等领域掀起一场改革。

深谙蛋白质结构法则使David Baker能够设计出新的药物和材料。V.Altounian/Science

近日,来自华盛顿大学的生物化学家David Baker及其团队在science上报道了他们设计的几种自组装的大分子蛋白复合物,该复合物为兆道尔顿级别的二十面体蛋白,由120个人造亚基自组装构成。他们的设计灵感来源于大自然,自然界提供了无数包括二十面体笼形蛋白在内的自组装蛋白质的范例,比如一些蛋白质支架、酶、病毒衣壳等。经过电子显微镜、x射线小角散射、x-射线晶体学分析表明包含三种二十面体结构的10个人造复合物与设计模型高度吻合。并且在体外由独立纯化组件组装为二十面体复合物的过程十分迅速,堪比病毒衣壳。此外,该组装过程还可以由电荷之间的相互作用所控制。这项研究可能为分子机器领域开启新的篇章。

众所周知,由DNA转录、翻译后形成蛋白质必须形成特定的构象才能发挥生物学功能。在上世纪60年代初,美国国立卫生研究院(NIH)的生化学家认为,每种蛋白质自身会折叠成一种固有的形状。在溶液中加热一种蛋白质会破坏它的三维结构。但同时,NIH也注意到了当蛋白质冷却下来后会恢复构象。这意味着蛋白质构象是来源于不同氨基酸之间的相互作用,而不是细胞内某些独立的分子折叠机。如果研究人员能确定所有相互作用的力,那么他们就可以根据任何氨基酸序列来计算出它的最终构象。蛋白折叠问题由此产生。

多年来,来自华盛顿大学的生物化学教授David Baker和他的团队一直在试图解决现代科学的这个大难题:氨基酸链是如何折叠成具有三维结构的蛋白质并在生命活动中行使功能的。现在,他们已经将该研究应用于设计并合成人造蛋白质,并将其广泛地运用到医药及材料等行业。目前,Baker和他的团队已经生产出实验的HIV疫苗,同时抵抗所有流感病毒株的新型蛋白,可携带重组DNA进入细胞的载体分子,以及帮助微生物从大气中吸收二氧化碳并转化为有用化学物质的酶。

如果说人类解读和编写DNA的能力催生了分子生物学革命,那么设计新型蛋白质技术的出现则改变了剩余的一切。马里兰大学帕克分校的蛋白质折叠专家John Moult说。“无人知晓它所带来的影响。因为这项技术可能对几十个学科都有着巨大的冲击力。这将宣起一场革命。” 蛋白设计师们摆脱了自然束缚,现在,唯一限制他们的只有他们自己的想象力。 “我们甚至可以用蛋白质创造一个新世界。” Baker说道。

备注:本文编译自Science网站,原标题:“This protein designer aims to revolutionize medicines and materials

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