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西湖大學(xué)未來產(chǎn)業(yè)研究中心、生命科學(xué)學(xué)院、西湖實(shí)驗(yàn)室盧培龍課題組在全球首次實(shí)現(xiàn)跨膜熒光激活蛋白的精確從頭設(shè)計(jì)。該團(tuán)隊(duì)運(yùn)用AI技術(shù)攻克了跨膜蛋白結(jié)合小分子配體的核心難題，設(shè)計(jì)出的熒光激活蛋白結(jié)合特定分子后發(fā)光強(qiáng)度激增1600倍，精度達(dá)0.1納米級。這一突破為藥物研發(fā)、疾病治療及生物傳感技術(shù)開辟全新路徑，標(biāo)志著全球范圍內(nèi)AI蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)能力取得重要突破。相關(guān)研究成果近日在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》上發(fā)表。

跨膜蛋白如同細(xì)胞膜上的“城門”，掌控著物質(zhì)交換與信號傳遞，人類基因組中超過四分之一的蛋白質(zhì)為膜蛋白，其功能異常與癌癥、阿爾茨海默病等重大疾病密切相關(guān)。然而，人工設(shè)計(jì)跨膜蛋白需在復(fù)雜膜環(huán)境中構(gòu)建穩(wěn)定“結(jié)合口袋”，難度堪比“在細(xì)胞膜上繡花”。盧培龍解釋：“大自然用數(shù)億年演化出精密結(jié)構(gòu)，我們要用AI在實(shí)驗(yàn)室‘倒推’設(shè)計(jì)?！闭n題組以熒光基團(tuán)HBC599為“靶標(biāo)”，通過深度學(xué)習(xí)優(yōu)化蛋白骨架與結(jié)合位點(diǎn)，最終在膜蛋白內(nèi)部“雕刻”出僅允許特定分子“停泊”的納米級“口袋”。當(dāng)HBC599嵌入時(shí)，熒光強(qiáng)度驟增至游離狀態(tài)的1600倍，成為驗(yàn)證設(shè)計(jì)成功的“信號燈”。

這一成果的深遠(yuǎn)意義不僅在于技術(shù)突破，更在于其撬動的產(chǎn)業(yè)未來。AI蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)是2024年諾貝爾化學(xué)獎得主David Baker的“王牌領(lǐng)域”，其孵化企業(yè)已撬動百億級產(chǎn)業(yè)。此次設(shè)計(jì)的跨膜熒光蛋白，更可化身“分子探針”，實(shí)時(shí)監(jiān)測細(xì)胞膜動態(tài)變化，為疾病機(jī)制研究提供全新手段，在疾病治療、藥物研發(fā)、生物傳感、分子檢測、合成生物等領(lǐng)域也具備巨大的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用潛力。

“讓最好的技術(shù)為我所用，去挑戰(zhàn)不可能的事，團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)設(shè)計(jì)能精準(zhǔn)識別疾病標(biāo)志物的‘智能蛋白’，讓藥物直擊靶點(diǎn)?！北R培龍展望，隨著國產(chǎn)AI算力提升與合成生物學(xué)技術(shù)突破，定制化跨膜蛋白有望成為生物醫(yī)藥、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域的“分子利器”，推動我國在生物科技產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)“換道超車”。（記者陸健 通訊員秦宇杭）