從頭設(shè)計全新的酶需要引入活性位點和底物結(jié)合囊袋，并預(yù)測這些活性位點和底物結(jié)合囊袋在發(fā)生催化反應(yīng)時生成的幾何上相容的天然支架，但由于缺乏合適的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，以及天然蛋白質(zhì)序列-結(jié)構(gòu)關(guān)系的復(fù)雜性，這一設(shè)計受到了限制。

 近期，來自美國華盛頓大學(xué)的科研團隊在《Nature》雜志發(fā)表題為“De novo design of luciferases using deep learning”的論文，首次合成出非自然界存在的酶。科學(xué)家在文章中描述了一種基于深度學(xué)習(xí)的“family-wide hallucination”方法，利用該方法模擬生成了大量包含不同口袋形狀的理想化蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，并進一步優(yōu)化序列?？茖W(xué)家以這些蛋白結(jié)構(gòu)作為支架設(shè)計人工熒光素酶，最終獲得一種小而耐熱、催化效率比擬天然熒光素酶，且具有高度底物特異性的人工合成酶。該酶可選擇性地催化合成熒光素底物二苯基特拉嗪（DTZ）和2-脫氧腔腸素（h-CTZ）的氧化化學(xué)發(fā)光，其設(shè)計的關(guān)鍵是在活性位點將一個精氨酸胍基定位到反應(yīng)過程中形成的具有高度形狀互補性的結(jié)合口袋中的陰離子附近。

開發(fā)具有高度活性和特異性的生物催化劑，并在生物醫(yī)學(xué)中廣泛應(yīng)用是計算酶設(shè)計的關(guān)鍵里程碑，該方法的應(yīng)用可有望產(chǎn)生廣泛的熒光素酶和其他酶。

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