研究構(gòu)建基于分子模擬與人工智能的蛋白質(zhì)熱穩(wěn)定性預(yù)測(cè)模型

　　近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所微生物蛋白設(shè)計(jì)與智造創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)與國(guó)內(nèi)科研單位合作，構(gòu)建了基于分子動(dòng)力學(xué)模擬與人工智能相結(jié)合的蛋白質(zhì)突變體熱穩(wěn)定性預(yù)測(cè)策略，并通過(guò)該策略成功實(shí)現(xiàn)了提升PET塑料降解酶耐熱性的分子設(shè)計(jì)，為酶蛋白的定向分子設(shè)計(jì)提供了新方法并為塑料的生物降解提供了新材料。相關(guān)研究成果發(fā)表在《計(jì)算與結(jié)構(gòu)生物技術(shù)期刊（Computational and Structural Biotechnology Journal）》上。

 

　　熱穩(wěn)定性是酶蛋白應(yīng)用的一個(gè)重要理化性質(zhì)，代表了蛋白質(zhì)在高溫環(huán)境下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。目前， 以分子模擬和人工智能為代表的計(jì)算技術(shù)的不斷突破， 給蛋白熱穩(wěn)定性理性設(shè)計(jì)注入新的活力。在此背景下， 該研究嘗試采用分子動(dòng)力模擬和機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合的研究手段， 聚焦蛋白熱穩(wěn)定性預(yù)測(cè)的新方法和熱穩(wěn)定性改造實(shí)例研究。構(gòu)建得到了具有高準(zhǔn)確度的智能預(yù)測(cè)模型 （MDL）。同時(shí)該研究還成功將MDL策略應(yīng)用于PET塑料降解酶TfCut2熱穩(wěn)定改造之中。利用MDL策略將TfCut2進(jìn)行全位點(diǎn)飽和突變 （正常實(shí)驗(yàn)條件下無(wú)法進(jìn)行如此大量的突變體實(shí)驗(yàn)），從中選出9個(gè)熱穩(wěn)定性提高單點(diǎn)突變體進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明有7個(gè)單點(diǎn)突變體的熱穩(wěn)定性?xún)?yōu)于野生型TfCut2。在隨后的組合突變中得到最優(yōu)突變體S121P/D174S/D204P的 T m值較野生型提高了9.3℃，其對(duì)PET塑料降解能力提高了46.42倍，這一結(jié)果進(jìn)一步表明了MDL策略的有效性。

 

　　該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程等項(xiàng)目資助。（通訊員 崔艷）

 

　　原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2001037022000101