近日，我院基于AI技術(shù)的現(xiàn)代植物保護團隊在《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。該研究通過定向提高目標蛋白SlitPBP1對擬除蟲菊酯類殺蟲劑（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），需要對其進行合理設(shè)計以克服其自身缺陷。該研究構(gòu)建了一種基于靜電勢互補（EC）和分子動力學(xué)工作流（MD-based workflow）的蛋白理性設(shè)計策略。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)對目標蛋白中亟待突變的氨基酸殘基進行精準定位，并對有益突變進行理性篩選，實現(xiàn)目標蛋白中有益突變的快速累積。改造后的SlitPBP1蛋白（SlitPBP1E97ND106E）對pyrethroids的結(jié)合能力大幅度提升，其對溴氰菊酯的結(jié)合能力甚至達到了納摩爾級別。與定向進化、機器學(xué)習(xí)等常用的蛋白質(zhì)設(shè)計策略相比，該策略避免了殘基突變的盲目性，且不依賴于機器學(xué)習(xí)所需的大量的蛋白序列-功能信息，具有簡便、高效、適用性廣等優(yōu)勢，可用于蛋白質(zhì)等生物大分子藥物的精準定向設(shè)計和優(yōu)化。
圖1. 蛋白質(zhì)理性設(shè)計策略
該研究深入探討了理性設(shè)計后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%），最高吸附率達到99.35%。該技術(shù)對環(huán)境中pyrethroids的去除能力及對環(huán)境條件的適應(yīng)能力遠優(yōu)于當(dāng)前普遍使用的生物降解等技術(shù)，具有進一步推廣應(yīng)用的潛力。
圖2. SlitPBP1的定向理性設(shè)計
該研究得到了國家自然科學(xué)基金、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費等的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.132856
編輯：劉小鳳
審核：郭 軍
