研究人员用 AI 设计出可切割其他蛋白质的酶

研究以天然蛋白酶为起点：一种是克氏原螯虾消化系统的锌蛋白酶，另一种是酵母的半胱氨酸蛋白酶。设计流程先用 RFdiffusion2 生成骨架，约束条件包括把催化所需的关键氨基酸聚到一起、并让待切的目标序列靠近催化中心；随后由 ProteinMPNN 沿骨架填氨基酸，要求所选氨基酸既能维持折叠结构，又能形成催化位点、并贴合目标序列。半胱氨酸蛋白酶项目做了 12 个骨架、69 组氨基酸组合，成功率约 19%，但活性明显低于作为模板的酵母酶。锌蛋白酶项目的问题更明显：不把水分子写进设计约束时，89 个设计只有 14 个显示微弱活性，建模显示水分子常堵住反应位点；把水分子位置作为约束后，38 个设计有 35 个表现出活性。 随后研究人员把催化位点附近但不直接参与催化的氨基酸逐个替换，筛出活性大幅提升的版本：半胱氨酸蛋白酶最优版本的肽键切割速率提升约 10^9 倍，锌蛋白酶第二版活性比原始设计高 30 倍，切割速率提升约 10^10 倍。他们还从零重设计出能切割阿尔茨海默病、额颞叶痴呆相关蛋白的锌蛋白酶，并在细胞中验证了切割效果。对做蛋白质设计的开发者来说，这既证明了工具能造出自然界没有的骨架，也暴露了瓶颈：工具擅长结构、不擅长活性，且把酶送到细胞内、避免免疫反应仍是治疗落地前要过的关卡。