华盛顿大学 新设计的β-桶蛋白自发折叠成预期的结构并嵌入脂质膜
蛋白质是如何从零开始创造的，以及它们在定制纳米工具构建中的未来潜力，在2月号中有所描述
19、2021版《科学》
荣誉:伊恩·海顿，UW蛋白质设计医学研究所 在生物分子设计的一个里程碑中，一组科学家成功地创造了新的蛋白质，采用了分子生物学中已知的最复杂的折叠之一
这些设计蛋白在实验室中被证明能够自发地折叠成预期的结构并嵌入脂质膜中
发表在《科学》杂志上的这项研究为构建用于高级过滤和脱氧核糖核酸测序的定制纳米工具打开了大门
“目前，世界各地的科学家都在使用蛋白质纳米孔，作为他们从大流行性冠状病毒中测序遗传物质和发现突变株的努力的一部分，”主要作者阿纳斯塔西亚·沃罗比耶娃说
“对于这个项目，我们希望完全从头开始设计新的纳米孔蛋白质，作为未来广泛应用的起点，包括改进的DNA测序
沃罗比瓦是华盛顿大学医学院蛋白质设计研究所主任大卫·贝克实验室的一名博士后研究员
细菌被包裹在一层特殊的膜中，称为外膜，保护它们免受外界影响
嵌入这些膜中的蛋白质有助于特定化学物质进出细胞
这种天然蛋白质孔具有类似的纳米级结构:一片卷曲成筒状的扁平蛋白质，其他分子——包括营养物质、维生素甚至脱氧核糖核酸链——可以通过
这就是众所周知的跨膜β-桶
为了创造新的跨膜β-桶，沃罗比瓦和他的同事使用分子设计软件来绘制可能的结构
尽管他们从整个生物世界中发现的蛋白质中获得了灵感，但他们得出的序列不同于以往任何已知的序列
他们最成功的设计蛋白质包含八条带状链，折叠成只有三纳米高的紧凑的桶形结构
“我们从一个相对简单的概念开始，关于什么会使蛋白质折叠，”沃罗比瓦说
“但是当我们测试这些最初的假设时，根本没有任何效果
这非常令人沮丧
我们并不认为我们会第一次就做对，但我们确实认为我们可以得到一些信息来告诉我们如何前进
相反，我必须回去仔细看看大自然是如何解决这个问题的
关键是试图检测这些蛋白质的模式
这确实是一件很难做的事
" 英国利兹大学阿斯伯里结构分子生物学中心的阿斯伯里生物物理学教授贾芳·拉德福德实验室的研究人员测试了设计蛋白的改进版本是否能嵌入人造脂质膜
他们发现，在没有任何辅助蛋白质的帮助下，他们可以高效地做到这一点
这与天然跨膜β桶的折叠形成鲜明对比
“从基础科学的角度来看，这些设计的蛋白质很有趣，因为它们没有进化史，”蛋白质折叠专家拉德福德说
“通过研究它们，我们可以发现一些使跨膜β-桶蛋白折叠成膜的基本特征
" 弗吉尼亚大学医学院卢卡斯·塔姆实验室的助理教授梁斌勇用核磁共振证实了新桶的折叠符合预期
这项工作是蛋白质设计领域快速发展的最新成果
近年来，蛋白质设计研究所的科学家创造了创新的疫苗、实验性癌症治疗和能够检测新冠肺炎抗体的传感器
从头开始设计具有新功能的新蛋白质的能力对于诊断和治疗多种疾病以及推进材料科学都具有重要意义
“通过这种类型的研究，有助于理解分子水平上的进化是如何工作的，但我们也在试图超越这一点
这真的是蛋白质设计的挑战，”第一作者沃罗比瓦说
这篇题为“跨膜β-桶的全新设计”的论文发表在2月19日的《科学》杂志上
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