10月9日，2024年諾貝爾化學獎授予David Baker、Demis Hassabis和John Jumper，以表彰他們在蛋白質(zhì)設(shè)計以及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測領(lǐng)域做出的杰出貢獻。

近年來，AI藥物迅猛發(fā)展，其中，蛋白質(zhì)從頭設(shè)計無疑是AI設(shè)計藥物中的重頭戲與熱點。該技術(shù)不僅能設(shè)計針對不可成藥靶點的藥物和自然中不存在的蛋白質(zhì)，還大大縮短了藥物研發(fā)的周期。

被譽為“上帝之手”的華盛頓大學教授David Baker是該領(lǐng)域的佼佼者，發(fā)CNS發(fā)到手軟。當然，AI設(shè)計能力再強，也需要通過實驗手段去表征設(shè)計的蛋白。比如，使用基于生物層干涉技術(shù)（BLI）的Octet® 非標記分子互作系統(tǒng)檢測設(shè)計的蛋白與靶點的親和力。目前，David Baker課題組已使用Octet® 檢測蛋白親和力發(fā)表了近80篇文章，其中CNS正刊文章就超過20篇！(部分文章列表見文末)

這里，陳老師就介紹一下他今年發(fā)表的幾篇CNS文章。

pM級別親和力的新冠抑制劑^[6]

在當時新冠病毒肆虐時，David Baker課題組用計算機軟件設(shè)計了針對新冠病毒S蛋白的小蛋白抑制劑，通過一系列分子進化以及生化學方法檢測后，大部分的抑制劑的中和新冠病毒活性達到了幾十pM級別的IC50，其中一個蛋白抑制劑達到11pM的IC50，是當時知道所有新冠抑制劑中最強的！文中進行了兩種設(shè)計路線：

方法2的第一輪篩選的11個候選物（LCD1-8前體）的親和力為100nM-2μM，而通過分子進化后的多數(shù)LCB的親和力在1-20nM，其中LCB1，LCB3親和力低于1nM。

LCB1也是當時已知中和新冠病毒能力最強的抑制劑。

結(jié)合擴散模型設(shè)計出的高親和力蛋白^[1]

本文結(jié)合擴散模型（RF diffusion）和用深度學習算法，實現(xiàn)了從頭設(shè)計合成蛋白質(zhì)的目標，設(shè)計成功率提高了兩個數(shù)量級。針對已知的五個靶標，僅需不到100個候選即可達到納摩爾(nM)級別的親和力（全部用BLI進行檢測）。此外，研究人員還設(shè)計了一種蛋白與其底物（流感血凝素）的復合物，并使用冷凍電鏡解析其結(jié)構(gòu)。結(jié)果顯示，冷凍電鏡解析的結(jié)構(gòu)與設(shè)計的模型幾乎完全一致，證明了該模型的準確性。為進一步驗證生成的蛋白是否具有結(jié)合活性，研究人員繼續(xù)使用Octet® 對這兩種蛋白的結(jié)合進行驗證。

研究團隊表示，RF diffusion是對目前蛋白質(zhì)設(shè)計方法的一次綜合改進，能夠產(chǎn)生總長度達600個氨基酸殘基的結(jié)構(gòu)，其復雜性和準確度均超越以往。研究團隊還表示，進一步改進該方法或能設(shè)計出復雜程度更高的全新蛋白質(zhì)。

超螺旋配對的高親和力蛋白

針對內(nèi)在無序區(qū)的重復性蛋白和多肽，本文開發(fā)了一種基于超螺旋配對的從頭設(shè)計蛋白的通用性方法。該方法能以大約 20% 的成功率高效設(shè)計出多肽結(jié)合蛋白，這些蛋白具備低至皮摩（pM）級別的高親和力、高特異性、高熱穩(wěn)定性以及高精度。此外，該方法還被證實可以靶向更廣闊的非重復性多肽區(qū)域，并可延伸至人源蛋白的復雜網(wǎng)絡(luò)。

這種高親和力、高特異性就是通過Octet® 來進行檢測的。

三位諾貝爾化學獎得主幾乎實現(xiàn)了人類曾經(jīng)認為不可能的夢想。幾十年前，設(shè)計全新的蛋白質(zhì)以及預(yù)測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，被視為無法完成的任務(wù)。然而在今天，得益于三位科學家的成果，我們利用人工智能破解了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的密碼，這是一場重大的革命。

無論哪個行業(yè)都離不開AI，蛋白質(zhì)設(shè)計也一樣，盡管蛋白質(zhì)設(shè)計的各種模板和命令還在探索階段。但無論AI從頭設(shè)計怎么前沿，相互作用親和力還是需要通過實驗進行驗證，蛋白也需要表達純化才能成為最終產(chǎn)品。所以各位實驗室技術(shù)大牛們不用怕失業(yè)啦！

Octet® 為什么如此受歡迎呢？

Octet® 用于親和力驗證的優(yōu)點在于:

 

非標記Direct Binding是趨勢，不需要標記和信號放大，可以更好的保持反應(yīng)物的活性

快速測定親和力，提供結(jié)合速率常數(shù)和解離速率常數(shù)更加定量化地表征分子互作

無洗滌步驟，可測弱親和力（解離快）

寫入了美國藥典，文章>160,00篇，認可度廣

萬金油技術(shù)，可以用與檢測DNA，小分子，蛋白質(zhì)等各種生物分子

操作簡便，耗材及維護成本低

 

《生物層干涉技術(shù)應(yīng)用文集第三版》