【AI从零设计蛋白酶，催化加速超100亿倍，David Baker团队重磅成果连发两篇Nature】

10 月 14 日，2024 年#诺贝尔化学奖# 得主 David Baker 领导的华盛顿大学蛋白质设计研究所团队，在 Nature 发表了两篇研究论文，展示了利用 AI 从头设计蛋白酶的最新成果。研究人员分别设计出两类具有催化活性的蛋白酶，不仅能够按照预设位置切割蛋白质，还在哺乳动物细胞及疾病相关蛋白的实验中验证了其功能。

其中，在半胱氨酸蛋白酶研究中，69 个设计方案有 13 个表现出切割活性，成功率约为 19%，最高可将肽键水解反应加速约 3,000 万倍；在另一项金属蛋白酶研究中，135 个设计方案有约 36% 表现出催化活性，经过进一步优化，最高催化加速超过 100 亿倍。

蛋白酶是一类能够切断蛋白质中肽键的酶，广泛参与蛋白质加工、细胞信号传递等生命活动。近年来，AI 已被用于预测蛋白质结构和设计全新的蛋白质，但从头设计能够完成特定化学反应的酶，仍然是一项具有挑战性的任务。此次两项研究分别采用不同的催化机制，获得了能够识别并切割特定蛋白质序列的人工设计酶。

从头设计#蛋白酶# ，不仅需要确定蛋白质的三维结构，还要在其中安排能够完成化学反应的活性位点，使目标蛋白质能够准确进入并发生切割反应。

其中一个难点在于肽键本身非常稳定。蛋白质由氨基酸通过肽键连接而成，在没有酶参与的情况下，肽键的自然水解通常十分缓慢。因此，研究人员需要同时解决底物识别、催化活性位点设计以及反应效率等问题。

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