Science：從頭設計出能夠自我組裝的蛋白絲

　　在自然界中，蛋白絲（protein filament）是活細胞中的若干結構部分和運動部分以及許多身體組織的必要組分。這其中就包括賦予細胞形狀的細胞骨架、協調細胞分裂的細胞微管以及我們體內最常見的蛋白---膠原蛋白，它給我們的軟骨、皮膚和其他組織提供強度和靈活性。

　　在一項新的研究中，美國華盛頓大學蛋白設計學院主任David Baker及其團隊為了從頭設計這些蛋白絲，他們采用了一種稱為Rosetta的計算機程序，它能夠根據蛋白的氨基酸序列預測它的形狀。相關研究結果發表在2018年11月9日的Science期刊上，論文標題為“De novo design of self-assembling helical protein filaments”。

圖片來自Institute for Protein Design/UW Medicine。

　　為了正常地發揮功能，蛋白必須折疊成準確的形狀。這種折疊是由各個氨基酸的性質、它們彼此之間和它們與周圍的液體環境如何相互作用驅動的。吸引力和排斥力促使蛋白呈現出一種具有最低能量水平的形狀。

　　通過計算哪種形狀平衡這些吸引力和排斥力從而產生最低的總能量水平，Rosetta能夠準確度地預測一種蛋白在自然界中呈現出的形狀。

　　通過使用Rosetta，這些研究人員設計出一種小蛋白，這種蛋白表面上的氨基酸能夠讓它們彼此之間結合在一起。這允許它們自組裝成螺旋結構。鑒于這種這種螺旋結構一層又一層地纏繞著，為了讓它保持穩定，這個設計出的蛋白與位于它的上方和下方的其他蛋白拷貝結合在一起。

　　論文共同第一作者、華盛頓大學分子工程與科學研究所博士生Hao Shen說，“我們最終能夠像樂高積木一樣設計出能夠能夠結合在一起的蛋白。”

　　論文共同第一作者、華盛頓大學醫學院生物化學研究員Jorge Fallas說，這些設計出來的蛋白相對較小。它們僅由大約180～200個氨基酸組成，長度僅為大約1納米，但是能夠組裝成穩定的長度超過1萬納米的蛋白絲。

　　這些研究人員還證實通過調整所設計出的蛋白在溶液中的濃度，并且通過添加抑制所設計蛋白的結合能力的加帽序列（capping unit），他們能夠促進這些蛋白絲生長或分解。

　　Baker說，“對蛋白絲形成的動態變化進行編程的能力將讓我們深入了解蛋白絲在自然下的組裝和分解方式。這些蛋白的穩定性表明它們可能起著易于修改的支架的作用，用于從開發新的診斷測試到納米電子學的一系列應用中。”