美國華盛頓大學(xué)研究團隊受晶體管啟發(fā)，設(shè)計出了可在兩種不同的完整結(jié)構(gòu)之間切換的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)有望在智能藥物遞送系統(tǒng)、環(huán)境傳感等領(lǐng)域大顯身手。相關(guān)論文發(fā)表于最新出版的《科學(xué)》雜志。

鉸鏈結(jié)構(gòu)的多樣性和構(gòu)型變化。圖片來源：《科學(xué)》網(wǎng)站

研究人員將深度學(xué)習(xí)和基于物理的算法相結(jié)合，設(shè)計出了具有兩種不同完整結(jié)構(gòu)的定制蛋白質(zhì)，確定了其結(jié)構(gòu)，并測量了其運動方式。通過分析蛋白質(zhì)的動力學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)，研究人員還可微調(diào)分子的運動。

此前，科學(xué)家只能制造出含有一種穩(wěn)定構(gòu)型的蛋白質(zhì)。研究團隊指出，創(chuàng)造在兩種形狀之間切換的蛋白質(zhì)需要一種新的多態(tài)設(shè)計方法。多態(tài)設(shè)計方法曾幫助科學(xué)家研制出了能發(fā)生極小形狀變化的蛋白質(zhì)、能根據(jù)金屬離子的存在改變形狀的肽，以及能折疊成不同形狀的類似序列。

在最新研究中，借助羅塞塔雙態(tài)設(shè)計和人工智能工具，研究人員開發(fā)出一種鉸鏈樣蛋白質(zhì)。這種“鉸鏈蛋白”在沒有配體時形成一種設(shè)計結(jié)構(gòu)，在配體存在時形成第二種設(shè)計結(jié)構(gòu)。

這種鉸鏈蛋白類似于晶體管，就像晶體管對電信號的流動作出反應(yīng)并實施控制，這些蛋白質(zhì)也可通過改變形狀，在分子水平上控制生物之間的相互作用。例如，在一種狀態(tài)下，蛋白質(zhì)可能無活性或具有某種功能；而在另一種狀態(tài)中，它可能具有不同功能。這種在狀態(tài)之間切換的能力使蛋白質(zhì)能對周圍的生物或化學(xué)環(huán)境作出動態(tài)響應(yīng)。

這些蛋白質(zhì)還能以可預(yù)測方式移動，將作為未來生物技術(shù)的關(guān)鍵組成部分，開辟一系列非凡的應(yīng)用領(lǐng)域。