我國學者在超穩定蛋白質設計領域取得進展

圖 AI與化學生物學知識相融合設計超穩定性蛋白質模塊

　　在國家自然科學基金項目（批準號：22222703、22477058）等資助下，南京大學鄭鵬團隊在蛋白質的可控設計及其穩定性研究方面取得進展，相關工作以“基于氫鍵強化的超穩定蛋白質計算設計（Computational Design of Superstable Proteins through Maximized Hydrogen Bonding）”為題，于2025年11月18日在線發表于《自然·化學》（Nature Chemistry）期刊，論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41557-025-01998-3。

　　如何構建性能超越天然蛋白質的人工蛋白質，是化學、生物和材料科學交叉前沿領域重要科學問題。上述團隊綜合運用單分子力譜技術、分子動力學模擬與人工智能蛋白質設計方法，解析肌肉組織相關蛋白的力學穩定機制，并受此啟發開發出一套計算設計框架。該框架通過系統性延伸蛋白質的β-折疊鏈結構、最大化其主鏈氫鍵網絡以實現力學性能的精準調控，成功地從頭設計出具備可控力學性能的超穩定“SuperMyo”系列蛋白質模塊。

　　研究結果顯示，該系列人工蛋白質的機械展開力隨氫鍵數量增加呈線性增長，其中性能最優變體的展開力突破1000皮牛，達到天然肌聯蛋白Ig結構域（約200皮牛）的5倍，進入納牛量級；同時具備優異的熱穩定性，熔解溫度超過100°C，在150°C高溫處理后仍能維持結構與力學功能。更重要的是，分子層面穩定性成功轉化為宏觀材料性能。基于SuperMyo構建的水凝膠，在121°C高壓滅菌后仍能保持結構穩定與凝膠狀態，而傳統蛋白水凝膠在此條件下會變性沉淀，這凸顯了其在極端環境下的應用潛力。