AI-powered de novo design of superstable proteins by maximizing hydrogen bonding networks
Abstract
类被称为蛋白质的精密分子机器.它们独特的结构, 尤其是 其中像"拉链"一样紧密咬合的β-折叠片, 通过无数微小的"氢 键"相互连接, 形成了抵抗外力的坚固网络.然而, 自然进化并 非尽善尽美.能否超越自然, 设计出性能更优、更能适应极 端环境的人工蛋白质, 从而创造出新一代的生物材料?这已 成为化学、生物学和材料科学交叉前沿最具挑战性的梦想 之一.近日, 我们团队将人工智能(AI)引入这一领域, 扮演起了 "超级蛋白质设计师"的角色.该研究成功开创了一套全新的 计算设计流程, 并设计出名为"SuperMyo"(意为"超级肌肉") 的超稳定蛋白质.其机械强度和热稳定性均远超天然模板, 相关研究成果发表在Nature Chemistry [1] .这项工作不仅实现 了性能的飞跃, 更展示了一条"按需定制"高性能生物材料的 全新路径.研究的起点源于对自然杰作的深入理解.以人体肌肉中 的肌联蛋白为例, 它就像一个分子弹簧, 赋予肌肉弹性和强 度. 其核心奥秘在于蛋白结构中的β-折叠片, 相邻肽链间的 主链原子会形成氢键, 仿佛一排排相互扣紧的"拉链齿".当 肌肉过度拉伸受力时, 这些氢键在"剪切"模式下会协同工作, 共同抵抗外力, 因此能承受相当大的拉力.氢键的数量和排列方式是决定蛋白质稳定性的关键. 因 此一个朴素而强大的想法便油然而生, 如果我们能延长这些 β-折叠片(β-sheet), 最大化氢键的数量, 并确保它们在理想的 "剪切"模式(shear geometry)下受力, 是否就能创造出比天然 蛋白更稳定的"超级蛋白"?这个想法原理清晰, 但实践起来 却困难重重.
Fields of Study & Subjects
Protein Structure and Dynamics
Chemical Synthesis and Analysis
Protein purification and stability
Publication details
- Journal / source
- Chinese Science Bulletin (Chinese Version)
- Volume
- 71
- Issue
- 13
- Pages
- 2784–2786
- Publication date
- 22 January 2026
- Language
- EN