蛋白质是构成生命的主要物质，自然界经过亿万年自然选择，获得了各种不同功能的蛋白。

组成蛋白的氨基酸序列排列的方式和空间结构很复杂，序列组合数量几乎是天文数字。寻找新一代研究方式，对加速挖掘蛋白质潜力、推动生命科学领域发展来说尤为重要。

随着先进的蛋白质设计技术与人工智能技术的发展，在“蛋白质从头设计”时代，我们能够进一步挖掘蛋白质的无限潜力，获得超越自然进化的超级蛋白将成为可能。

曙光计算服务，助力“超高亲和力”蛋白设计

目前，深度学习结合共进化的算法已经能够精准的根据蛋白的氨基酸序列预测蛋白的结构。然而，更具有价值的研究是如何针对特定蛋白结合位点从头设计超高亲和力的结合蛋白。

该研究需要突破两个关键：第一，能够精准的预测设计蛋白的结构；第二，在此基础上，根据结合位点氨基酸侧链朝向，精准的设计能与之精准结合的蛋白。

301医院转化医学研究中心副主任赵磊博士介绍，在蛋白质设计巨擘David Baker院士的指导下，借助曙光计算服务平台的超强算力已经获得了能针对任一蛋白位点直接设计获得亲和力达到几十皮摩水平的超高亲和力结合蛋白。能够在不到65个氨基酸的序列上直接设计获得皮摩水平的超强结合蛋白，其结构也表现出超强的结构稳定性，Tm大于95℃。且无糖基化修饰位点，能通过原核快速表达制备，显著降低生产成本。

从头设计蛋白质的应用

对蛋白质的结构进行预测和设计，可以在不同领域发挥重要作用。

在诊疗药物方面，借助蛋白质从头设计超越自然进化的超级蛋白。该蛋白具有更好特异性、检测灵敏性、亲和力更高、且成本更低，有望成为的新一代诊疗蛋白药物。

另外，在疫苗研发领域。借助计算机全新蛋白设计，针对病原菌入侵关键位点开发更加稳定且免疫原性更强的新一代疫苗。该技术能更好的进行抗原展示，更加有效的激发机体对展示抗原产生免疫反应，且不含有任何遗传物质。有望成为更加安全、有效的新一代重组蛋白疫苗。

从头设计蛋白质发展展望

从零开始设计蛋白质结构和功能，意味着我们可以创造出具有各种功能且超越现有功能的蛋白工具，用于解决21世纪人类所面临的各种挑战，也让我们能更加透彻的理解生命。

近日，曙光邀请301医院转化医学研究中心副主任赵磊博士分享《浅谈计算机靶向蛋白质的设计研究》中，谈到了结合目前最新蛋白设计研究进展，借助计算实现蛋白从头设计，获得超越自然进化的超级蛋白。