近日,，我院基于AI技術(shù)的現(xiàn)代植物保護(hù)團(tuán)隊(duì)在《Journal of Hazardous Materials》 期刊上發(fā)表了題為“High-efficiency removal of pyrethroids using a redesigned odorant binding protein”的研究論文,。該研究通過(guò)定向提高目標(biāo)蛋白SlitPBP1對(duì)擬除蟲(chóng)菊酯類殺蟲(chóng)劑（pyrethroids）的結(jié)合能力，提出了一種新型,、高效的蛋白質(zhì)理性設(shè)計(jì)策略,，為蛋白質(zhì)等生物大分子藥物的研發(fā)提供了新的技術(shù)支撐,。我院劉吉元研究員為本文第一作者，張雅林教授和田振副教授為本文共同通訊作者,，青年教師李一帆和博士生王沛參與了研究工作,。
蛋白質(zhì)在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等許多行業(yè)有著廣泛應(yīng)用。但天然蛋白質(zhì)通常性質(zhì)較差（如低穩(wěn)定性,、低活性等）,，需要對(duì)其進(jìn)行合理設(shè)計(jì)以克服其自身缺陷。該研究構(gòu)建了一種基于靜電勢(shì)互補(bǔ)（EC）和分子動(dòng)力學(xué)工作流（MD-based workflow）的蛋白理性設(shè)計(jì)策略,。該策略著眼于蛋白質(zhì)與配體的互作特征,，使用EC和MD技術(shù)對(duì)目標(biāo)蛋白中亟待突變的氨基酸殘基進(jìn)行精準(zhǔn)定位，并對(duì)有益突變進(jìn)行理性篩選,，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)蛋白中有益突變的快速累積,。改造后的SlitPBP1蛋白（SlitPBP1E97ND106E）對(duì)pyrethroids的結(jié)合能力大幅度提升，其對(duì)溴氰菊酯的結(jié)合能力甚至達(dá)到了納摩爾級(jí)別,。與定向進(jìn)化,、機(jī)器學(xué)習(xí)等常用的蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)策略相比，該策略避免了殘基突變的盲目性,，且不依賴于機(jī)器學(xué)習(xí)所需的大量的蛋白序列-功能信息,，具有簡(jiǎn)便、高效,、適用性廣等優(yōu)勢(shì),，可用于蛋白質(zhì)等生物大分子藥物的精準(zhǔn)定向設(shè)計(jì)和優(yōu)化。
圖1. 蛋白質(zhì)理性設(shè)計(jì)策略
該研究深入探討了理性設(shè)計(jì)后SlitPBP1在pyrethroids污染物治理中的應(yīng)用潛力,，提出了一種基于SlitPBP1E97ND106E的pyrethroids高效吸附處理新技術(shù),。將SlitPBP1E97ND106E固定在固相載體表面后，其對(duì)不同水環(huán)境中的pyrethroids均表現(xiàn)出高效的吸附能力（吸附率﹥90%）,，最高吸附率達(dá)到99.35%,。該技術(shù)對(duì)環(huán)境中pyrethroids的去除能力及對(duì)環(huán)境條件的適應(yīng)能力遠(yuǎn)優(yōu)于當(dāng)前普遍使用的生物降解等技術(shù)，具有進(jìn)一步推廣應(yīng)用的潛力,。
圖2. SlitPBP1的定向理性設(shè)計(jì)
該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金,、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)等的資助,。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.132856
編輯：劉小鳳
審核：郭 軍
