來自賓夕法尼亞大學(xué)的研究人員近期成功構(gòu)建出了首個自定義設(shè)計的蛋白質(zhì)晶體，并基于此揭示了一些設(shè)計可用于結(jié)構(gòu)生物學(xué)的更易于結(jié)晶的蛋白質(zhì)的復(fù)雜原理，相關(guān)論文發(fā)布在《美國科學(xué)院院刊》（PNAS）雜志上。

蛋白質(zhì)的功能與它的結(jié)構(gòu)相關(guān)。因此，為了了解某種蛋白在細胞內(nèi)的運作機制，研究人員必須首先確定它的結(jié)構(gòu)。為了達到這一目的，科學(xué)家們會利用X射線衍射技術(shù)照射由單個蛋白質(zhì)排列和堆疊構(gòu)成的多個拷貝的蛋白質(zhì)晶體，然后測量晶體原子反彈X射線束的衍射。根據(jù)這一數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)生物學(xué)家們能夠重建出蛋白質(zhì)的三維形狀。

然而該技術(shù)存在的一個主要問題是許多的蛋白質(zhì)并不容易結(jié)晶，導(dǎo)致研究人員不得不對蛋白質(zhì)進行修飾使它們更適宜于發(fā)生結(jié)晶。在這篇文章中，來自賓夕法尼亞大學(xué)的研究人員構(gòu)建出了首個自定義設(shè)計的蛋白質(zhì)晶體——這一突破性成果或可幫助我們更好地了解如何設(shè)計出用于結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究的蛋白質(zhì)。

從20世紀(jì)90年代末開始，賓夕法尼亞大學(xué)文理學(xué)院的Jeffery G. Saven教授和同事們就一直從事設(shè)計蛋白質(zhì)的計算機技術(shù)開發(fā)，以及了解如何將特異的蛋白質(zhì)序列轉(zhuǎn)換為3D晶體結(jié)構(gòu)。

Saven說：“我們想更好地了解蛋白質(zhì)的結(jié)晶作用。我們擁有一個包含10萬個蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫，我們希望能利用這些信息推斷出一些有關(guān)晶體或蛋白質(zhì)內(nèi)互作的東西……并開始走向設(shè)計各種各樣的高度有序的結(jié)構(gòu)或利用與結(jié)晶相關(guān)的自組裝。

在這篇文章中，Saven和他的研究小組利用理論方法結(jié)合計算機技術(shù)確定了如何設(shè)計一個三螺旋卷曲螺旋蛋白，它由潛在的一組超過1022個候選蛋白結(jié)晶而成。從前，研究人員曾利用更小的合成分子設(shè)計晶體結(jié)構(gòu)，生成了具有有限功能的晶體。

“我們正在處理比以前人們處理過的要大得多的系統(tǒng)和分子。將方法、算法和理論發(fā)展組合到一起，毋庸置疑加速了計算機硬件、存儲容量和處理器速度，推動了這一領(lǐng)域的發(fā)展，”Saven說。

最終，研究人員希望利用這一技術(shù)可以設(shè)計出蛋白質(zhì)晶體為研究蛋白質(zhì)特性提供一種手段。此外，由于其特殊的性能和高度可自定義外部界面，蛋白質(zhì)結(jié)晶也將獲得令人興奮的工業(yè)應(yīng)用例如用于納米建材。

Saven 說：“你可以生成各種復(fù)雜的，潛在豐富信息的界面。你可以想象生成各種不同類型的晶體結(jié)構(gòu)或排列，這在合成分子或給予DNA的系統(tǒng)中可能很難實現(xiàn)，”Saven說。