來自賓夕法尼亞大學的研究人員近期成功構建出了首個自定義設計的蛋白質晶體，并基于此揭示了一些設計可用于結構生物學的更易于結晶的蛋白質的復雜原理，相關論文發布在《美國科學院院刊》（PNAS）雜志上。

蛋白質的功能與它的結構相關。因此，為了了解某種蛋白在細胞內的運作機制，研究人員必須首先確定它的結構。為了達到這一目的，科學家們會利用X射線衍射技術照射由單個蛋白質排列和堆疊構成的多個拷貝的蛋白質晶體，然后測量晶體原子反彈X射線束的衍射。根據這一數據，結構生物學家們能夠重建出蛋白質的三維形狀。

然而該技術存在的一個主要問題是許多的蛋白質并不容易結晶，導致研究人員不得不對蛋白質進行修飾使它們更適宜于發生結晶。在這篇文章中，來自賓夕法尼亞大學的研究人員構建出了首個自定義設計的蛋白質晶體——這一突破性成果或可幫助我們更好地了解如何設計出用于結構生物學研究的蛋白質。

從20世紀90年代末開始，賓夕法尼亞大學文理學院的Jeffery G. Saven教授和同事們就一直從事設計蛋白質的計算機技術開發，以及了解如何將特異的蛋白質序列轉換為3D晶體結構。

Saven說：“我們想更好地了解蛋白質的結晶作用。我們擁有一個包含10萬個蛋白質結構的數據庫，我們希望能利用這些信息推斷出一些有關晶體或蛋白質內互作的東西……并開始走向設計各種各樣的高度有序的結構或利用與結晶相關的自組裝。

在這篇文章中，Saven和他的研究小組利用理論方法結合計算機技術確定了如何設計一個三螺旋卷曲螺旋蛋白，它由潛在的一組超過1022個候選蛋白結晶而成。從前，研究人員曾利用更小的合成分子設計晶體結構，生成了具有有限功能的晶體。

“我們正在處理比以前人們處理過的要大得多的系統和分子。將方法、算法和理論發展組合到一起，毋庸置疑加速了計算機硬件、存儲容量和處理器速度，推動了這一領域的發展，”Saven說。

最終，研究人員希望利用這一技術可以設計出蛋白質晶體為研究蛋白質特性提供一種手段。此外，由于其特殊的性能和高度可自定義外部界面，蛋白質結晶也將獲得令人興奮的工業應用例如用于納米建材。

Saven 說：“你可以生成各種復雜的，潛在豐富信息的界面。你可以想象生成各種不同類型的晶體結構或排列，這在合成分子或給予DNA的系統中可能很難實現，”Saven說。