SPJ｜Research：基于AI从头设计人工细胞色素P450酶—中国科学院天津工业生物技术研究所江会锋团队新进展

主要观点总结

中国科学院天津工业生物技术研究所的江会锋团队在Research杂志上发表了一篇题为“Cytochrome P450 Enzyme Design by Constraining Catalytic Pocket in Diffusion Model”的文章。该文章首次创建了一种基于扩散模型的新酶设计方法，能够精准设计具有指定功能的P450酶序列，并揭示了自然界细胞色素P450酶新功能的进化原理。该研究展示了如何利用深度学习技术应用于蛋白质的设计和改造优化，对于未来的生物工程和工业催化等领域具有潜在的应用价值。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景介绍及研究问题概述

细胞色素P450酶被誉为“万能催化剂”，具有选择性氧化惰性碳氢键的卓越能力。然而，设计出具有新功能的P450酶仍然是一个巨大的挑战。

关键观点2: 研究关键进展及创新点

研究团队通过进化分析揭示了黄酮6位羟化功能的起源机制，并开发出了P450Diffusion模型。该模型利用深度学习扩散模型，生成了全新的P450蛋白序列，并在虚拟筛选出的序列中进行了实验评估，显示出该模型在P450酶从头设计中的巨大潜力。

关键观点3: 研究结果及其影响

研究团队利用P450Diffusion模型生成了60,000个非天然P450酶序列，其中17个设计中有10个表现出显著的活性，部分设计的催化能力甚至优于天然酶。这一研究结合海量序列数据和口袋设计原则，为P450酶从头设计提供了新的思路。

关键观点4: 未来展望和潜在应用

未来，针对任意底物，可以通过过渡态分析设计其相互作用的氨基酸，然后从头生成具有特定催化功能的新P450酶。这一方法有望在生物工程和工业催化等领域发挥重要作用。

文章预览

深度学习已经广泛应用于蛋白质改造优化，但基于催化原理的功能蛋白质的从头设计还没有突破。近期中国科学院天津工业生物技术研究所的江会锋团队在 Research 杂志上发表题为“Cytochrome P450 Enzyme Design by Constraining Catalytic Pocket in Diffusion Model”文章，通过揭示自然界细胞色素P450酶新功能进化原理，首次创建了一种基于扩散模型的新酶设计方法，能够精准的设计出具有指定功能的P450酶序列，成功率约60%。 Citation: Wang Q, Liu X, Zhang H,Chu H, Shi C, Zhang L, Bai J, Liu P,Li J, Zhu X, et al. Cytochrome P450Enzyme Design by Constrainingthe Catalytic Pocket in a DiffusionModel. Research 2024;7:Article0413. https://doi.org/10.34133/research.0413 研究背景 细胞色素P450酶在几乎所有生物体中普遍存在，由于其在选择性氧化惰性碳氢键方面的卓越能力，被誉为“万能催化剂”。尽管诺贝尔奖得主弗朗西丝·阿诺 ………………………………