Nature 子刊：计算机辅助算法帮助分离、重组蛋白质

图片来源：宾夕法尼亚大学

分离和重组实践起来一直都很困难，但对于蛋白质，这几乎更不可能。

近日，由生物化学家和生物物理学家组成的团队于10月2日在《自然通讯》杂志上发表了他们的发现。计算机辅助算法可以帮助科学家找到了分离蛋白质并将其重新组装的确切位置。他们补充说，这可能是另一个步骤，甚至可能是利用化学和光信号来创造新的医疗和生物传感器。

“我们实验室一直致力于通过针对蛋白质和RNA等分子来研究细胞的工作方式，在此程度上，我们一直在研发控制这些参与分子的工具，” 宾夕法尼亚州立大学医学院教授Nikolay V. Dokholyan和G.Thomas Passananti说。

“我们希望这些蛋白质能够根据我们提供的光致光学或化学基因信号对特定的活动作出反应。因此，只需要光照或添加特定的化学物质，细胞就会开始移动或跳舞，或者根据我们的控制做任何事情。”

蛋白质通常被折叠成复杂的三维结构，看起来有点像分子丝带糖，其在人体许多最重要的生命过程中发挥着重大作用，包括细胞间的交流、DNA的构建和抗体的产生。

过去，研究人员发现可以使用光和化学信号分裂蛋白质，但是找到分裂的精确位置是需要反复试验的，这对当时的医学治疗和科学程序而言有些不切实际。

哈佛医学院(Harvard Medical School)神经生物学研究员奥努·达格利安(Onur Dagliyan)说，分裂蛋白质的过程有点像切分苹果，但当人们切苹果时，通常无意再将碎片重新组装成完整的苹果。北卡罗来纳大学教堂山分校药理学杰出教授Dagliyan与Dokholyan和Klaus M. Hahn合作进行了这项研究。

Dagliyan说：“在这项工作中，我们试图建立设计原则，了解如何观察蛋白质的结构或序列，并确定能够进行分离和重组的位点。”

为了找到蛋白质分裂的最佳位点，研究人员分析了过去几种蛋白质是如何分裂的，并利用这些数据创建了蛋白质结构的物理评分模型和数学模型。然后，根据模型再帮助研究人员找到易于成功分裂的最佳位点。

目前，研究人员使用该算法识别了许多蛋白质上的分裂位点，包括酪氨酸激酶Lyn、鸟苷核苷酸解离抑制剂和鸟嘌呤交换因子。

研究人员表示，分裂蛋白质并使其再次发挥作用的能力将会产生深远的影响。例如，该团队能够预测该技术在CART细胞疗法等治疗中的未来用途。在CART细胞治疗中，医生将患者的免疫细胞从体内取出并进行修改以杀死异常细胞，如癌细胞；然后再将这些经过修饰的细胞重新注入患者体内。

Dagliyan说，如果我们想把工程细胞、干细胞或工程细菌细胞等用于治疗，自然不会希望它们一直都很活跃，最好是可以随时关掉或打开，科研人员正试图找到控制这些蛋白质的方法，只是为了能够控制这些细胞。所以，这是预测到的一种可能性。

Dagliyan补充说，该过程可用于将生物传感器附着到蛋白质上，这样不仅帮助识别一种蛋白质的行为，还可以识别蛋白质网络的运作方式。另外，分裂蛋白质将是医学研究人员的另一种工具，并补充说他的实验室已经帮助开发了个体和蛋白质组的光遗传学和同源基因信号。

原文来自：phys，原文题目：Computer model may help scientists split up, reassemble proteins on command，由材料科技在线团队编译。