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发布: 12:55pm 10/10/2024

诺贝尔化学奖

蛋白质

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蛋白质

设计出新蛋白质 诺贝尔化学奖得主实现疯狂概念

诺贝尔化学奖得主:蛋白质工程可解决棘手的问题
华盛顿大学计算生物学教授教授贝克展示一个蛋白质模型,他在本周揭晓的诺贝尔奖项中荣获化学奖殊荣。(法新社照片)

(华盛顿10日法新电)无论是治疗肿瘤或是分解塑料,今年的共同获得者、美国科学家贝克都给出了答案:设计出自然界不存在的。这一概念曾被视为“疯狂”。

如今,具有新功能的蛋白质正源源不断地从他的实验室流出,潜在的应用范围从超靶向治疗到新疫苗的开发,数不胜数。

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在得知他与其他两位获奖者一起获得诺贝尔奖的几小时后,贝克在西雅图通过视频电话告诉法新社:“在我们今天在医学和健康、可持续性、能源和技术方面面临的一系列问题中,我认为蛋白质设计的潜力是巨大的。”

蛋白质是有机分子,从肌肉收缩、食物消化到神经元激活等,几乎在生物体的每一个功能中都起着重要作用。

这位62岁的华盛顿大学教授解释说:“自然界的进化是为了解决自然选择过程中面临的所有问题。”

这位生物化学家和计算生物学家补充道:“但人类今天面临着新的问题。”

“人类正在导致地球暖化,所以我们需要生态和可持续性方面的新解决方案。我们的寿命更长了,所以会有新的疾病与之相关,比如阿尔茨海默病。有新的病原体,比如冠状病毒。”

他说,与其把这些问题留给进化,不如“用新的蛋白质,我们可以在很短的时间内解决这些问题”。

所有的蛋白质都是由氨基酸链组成的,氨基酸链的序列决定了它们的形状,并最终决定了其功能。

几十年来,科学家们一直试图根据这些氨基酸序列来确定蛋白质结构。

在20世纪90年代末,贝克在解决这个问题上取得了长足的进步,他开发了一款名为Rosetta的计算机软件。

引入细菌合成新蛋白质

他的成功促使他将注意力转向相反的方法:从想要的形状开始,使用Rosetta别相应的氨基酸序列。然后,这个序列可以引入细菌,细菌合成新的蛋白质,可以收成和研究。

2003年,他发表了他的突破性发现——创造了第一个在自然界中没有发现的蛋白质——尽管它仍然缺乏明确的功能。

贝克忆述:“然后我们开始尝试设计真正有用的蛋白质。我想,那就是人们真正开始觉得这很疯狂的时候。”

他说,但是“在过去的20年里,实际上在过去的5年里,我们已经能够制造出具有各种神奇功能的蛋白质。”与此同时,Rosetta已逐步改进,并融入了AI。

那么,科学家要如何决定一种新蛋白质需要什么样的形状才能达到预期的功能呢?

贝克举了一个肿瘤的例子:“我们知道肿瘤表面的一些蛋白质,我们知道它的形状。我们所做的就是设计一种蛋白质,它的作用就像一把钥匙可以锁住一把锁。”

另一个应用——分解塑料,在这种情况下,一种蛋白质被设计成附着在塑料分子上,伴随着化合物来“切割”它。

在医学领域,这项技术已经被用于韩国批准的一种冠病疫苗。目前研究人员还在探索其创造新材料的潜力。

 

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