近日,，我院基于AI技術的現代植物保護團隊在《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）的結合能力,，提出了一種新型,、高效的蛋白質理性設計策略，為蛋白質等生物大分子藥物的研發(fā)提供了新的技術支撐,。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,。
蛋白質在農業(yè),、醫(yī)藥等許多行業(yè)有著廣泛應用。但天然蛋白質通常性質較差（如低穩(wěn)定性,、低活性等）,，需要對其進行合理設計以克服其自身缺陷。該研究構建了一種基于靜電勢互補（EC）和分子動力學工作流（MD-based workflow）的蛋白理性設計策略,。該策略著眼于蛋白質與配體的互作特征，使用EC和MD技術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的結合能力大幅度提升,，其對溴氰菊酯的結合能力甚至達到了納摩爾級別,。與定向進化、機器學習等常用的蛋白質設計策略相比,，該策略避免了殘基突變的盲目性,，且不依賴于機器學習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，可用于蛋白質等生物大分子藥物的精準定向設計和優(yōu)化,。
圖1. 蛋白質理性設計策略
該研究深入探討了理性設計后SlitPBP1在pyrethroids污染物治理中的應用潛力,，提出了一種基于SlitPBP1E97ND106E的pyrethroids高效吸附處理新技術。將SlitPBP1E97ND106E固定在固相載體表面后,，其對不同水環(huán)境中的pyrethroids均表現出高效的吸附能力（吸附率﹥90%）,，最高吸附率達到99.35%,。該技術對環(huán)境中pyrethroids的去除能力及對環(huán)境條件的適應能力遠優(yōu)于當前普遍使用的生物降解等技術，具有進一步推廣應用的潛力,。
圖2. SlitPBP1的定向理性設計
該研究得到了國家自然科學基金,、中央高校基本科研業(yè)務費等的資助,。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.132856
編輯：劉小鳳
審核：郭 軍
