蛋白质计算设计:方法和应用展望

摘要

蛋白质计算设计是指通过计算理性地确定蛋白质的氨基酸序列,实现预设的结构和功能。蛋白质计算设计已逐渐形成了一套系统的方法,得到越来越多的实验验证。这些方法既可用于从头设计蛋白,也可以用于既有蛋白的理性改造,具有广泛应用前景,是合成生物学的重要使能技术之一。本文简要回顾蛋白质计算设计方法的历史,并从蛋白质能量计算方法、氨基酸序列自动优化、从头设计主链结构、设计新的分子间识别界面以及负设计等方面介绍蛋白质计算设计的基本方法和思路,还举例讨论了提高结构稳定性、构造新的分子界面等设计方法在酶、疫苗、自组装蛋白质材料等领域的应用,最后分析了蛋白质计算设计方法设计精度不足、难刻画极性相互作用的缺点以及需要考虑非水溶剂环境、界面设计优化等亟待解决的问题,展望了蛋白质计算设计方法未来在合成生物学领域如生物感受器、逻辑门设计等,医学领域如抗体、疫苗设计等的应用前景。