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西湖大學未來產(chǎn)業(yè)研究中心、生命科學學院、西湖實驗室盧培龍課題組在全球首次實現(xiàn)跨膜熒光激活蛋白的精確從頭設計。該團隊運用AI技術攻克了跨膜蛋白結合小分子配體的核心難題，設計出的熒光激活蛋白結合特定分子后發(fā)光強度激增1600倍，精度達0.1納米級。這一突破為藥物研發(fā)、疾病治療及生物傳感技術開辟全新路徑，標志著全球范圍內AI蛋白質設計能力取得重要突破。相關研究成果近日在國際學術期刊《自然》上發(fā)表。
跨膜蛋白如同細胞膜上的“城門”，掌控著物質交換與信號傳遞，人類基因組中超過四分之一的蛋白質為膜蛋白，其功能異常與癌癥、阿爾茨海默病等重大疾病密切相關。然而，人工設計跨膜蛋白需在復雜膜環(huán)境中構建穩(wěn)定“結合口袋”，難度堪比“在細胞膜上繡花”。盧培龍解釋：“大自然用數(shù)億年演化出精密結構，我們要用AI在實驗室‘倒推’設計?！闭n題組以熒光基團HBC599為“靶標”，通過深度學習優(yōu)化蛋白骨架與結合位點，最終在膜蛋白內部“雕刻”出僅允許特定分子“停泊”的納米級“口袋”。當HBC599嵌入時，熒光強度驟增至游離狀態(tài)的1600倍，成為驗證設計成功的“信號燈”。
這一成果的深遠意義不僅在于技術突破，更在于其撬動的產(chǎn)業(yè)未來。AI蛋白質設計是2024年諾貝爾化學獎得主David Baker的“王牌領域”，其孵化企業(yè)已撬動百億級產(chǎn)業(yè)。此次設計的跨膜熒光蛋白，更可化身“分子探針”，實時監(jiān)測細胞膜動態(tài)變化，為疾病機制研究提供全新手段，在疾病治療、藥物研發(fā)、生物傳感、分子檢測、合成生物等領域也具備巨大的產(chǎn)業(yè)應用潛力。
“讓最好的技術為我所用，去挑戰(zhàn)不可能的事，團隊將繼續(xù)設計能精準識別疾病標志物的‘智能蛋白’，讓藥物直擊靶點。”盧培龍展望，隨著國產(chǎn)AI算力提升與合成生物學技術突破，定制化跨膜蛋白有望成為生物醫(yī)藥、環(huán)境監(jiān)測等領域的“分子利器”，推動我國在生物科技產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)“換道超車”。（記者陸健 通訊員秦宇杭）
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