全球首例跨膜熒光激活蛋白人工設計成功

轉自：光明日報

【瞧！我們的前沿科技】

本報杭州2月22日電（記者陸健 通訊員秦宇杭）西湖大學未來產業研究中心、生命科學學院、西湖實驗室盧培龍課題組在全球首次實現跨膜熒光激活蛋白的精確從頭設計。該團隊運用AI技術攻克了跨膜蛋白結合小分子配體的核心難題，設計出的熒光激活蛋白結合特定分子後發光強度激增1600倍，精度達0.1納米級。這一突破爲藥物研發、疾病治療及生物傳感技術開闢全新路徑，標誌着全球範圍內AI蛋白質設計能力取得重要突破。相關研究成果近日在國際學術期刊《自然》上發表。

跨膜蛋白如同細胞膜上的“城門”，掌控着物質交換與信號傳遞，人類基因組中超過四分之一的蛋白質爲膜蛋白，其功能異常與癌症、阿爾茨海默病等重大疾病密切相關。然而，人工設計跨膜蛋白需在複雜膜環境中構建穩定“結合口袋”，難度堪比“在細胞膜上繡花”。盧培龍解釋：“大自然用數億年演化出精密結構，我們要用AI在實驗室‘倒推’設計。”課題組以熒光基團HBC599爲“靶標”，通過深度學習優化蛋白骨架與結合位點，最終在膜蛋白內部“雕刻”出僅允許特定分子“停泊”的納米級“口袋”。當HBC599嵌入時，熒光強度驟增至遊離狀態的1600倍，成爲驗證設計成功的“信號燈”。

這一成果的深遠意義不僅在於技術突破，更在於其撬動的產業未來。AI蛋白質設計是2024年諾貝爾化學獎得主David Baker的“王牌領域”，其孵化企業已撬動百億級產業。此次設計的跨膜熒光蛋白，更可化身“分子探針”，實時監測細胞膜動態變化，爲疾病機制研究提供全新手段，在疾病治療、藥物研發、生物傳感、分子檢測、合成生物等領域也具備巨大的產業應用潛力。

“讓最好的技術爲我所用，去挑戰不可能的事，團隊將繼續設計能精準識別疾病標誌物的‘智能蛋白’，讓藥物直擊靶點。”盧培龍展望，隨着國產AI算力提升與合成生物學技術突破，定製化跨膜蛋白有望成爲生物醫藥、環境監測等領域的“分子利器”，推動我國在生物科技產業實現“換道超車”。