全球首例跨膜荧光激活蛋白人工设计成功

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  本报杭州2月22日电（记者陆健 通讯员秦宇杭）西湖大学未来产业研究中心、生命科学学院、西湖实验室卢培龙课题组在全球首次实现跨膜荧光激活蛋白的精确从头设计。该团队运用AI技术攻克了跨膜蛋白结合小分子配体的核心难题，设计出的荧光激活蛋白结合特定分子后发光强度激增1600倍，精度达0.1纳米级。这一突破为药物研发、疾病治疗及生物传感技术开辟全新路径，标志着全球范围内AI蛋白质设计能力取得重要突破。相关研究成果近日在国际学术期刊《自然》上发表。

  跨膜蛋白如同细胞膜上的“城门”，掌控着物质交换与信号传递，人类基因组中超过四分之一的蛋白质为膜蛋白，其功能异常与癌症、阿尔茨海默病等重大疾病密切相关。然而，人工设计跨膜蛋白需在复杂膜环境中构建稳定“结合口袋”，难度堪比“在细胞膜上绣花”。卢培龙解释：“大自然用数亿年演化出精密结构，我们要用AI在实验室‘倒推’设计。”课题组以荧光基团HBC599为“靶标”，通过深度学习优化蛋白骨架与结合位点，最终在膜蛋白内部“雕刻”出仅允许特定分子“停泊”的纳米级“口袋”。当HBC599嵌入时，荧光强度骤增至游离状态的1600倍，成为验证设计成功的“信号灯”。

  这一成果的深远意义不仅在于技术突破，更在于其撬动的产业未来。AI蛋白质设计是2024年诺贝尔化学奖得主David Baker的“王牌领域”，其孵化企业已撬动百亿级产业。此次设计的跨膜荧光蛋白，更可化身“分子探针”，实时监测细胞膜动态变化，为疾病机制研究提供全新手段，在疾病治疗、药物研发、生物传感、分子检测、合成生物等领域也具备巨大的产业应用潜力。

  “让最好的技术为我所用，去挑战不可能的事，团队将继续设计能精准识别疾病标志物的‘智能蛋白’，让药物直击靶点。”卢培龙展望，随着国产AI算力提升与合成生物学技术突破，定制化跨膜蛋白有望成为生物医药、环境监测等领域的“分子利器”，推动我国在生物科技产业实现“换道超车”。