图 AI与化学生物学知识相融合设计超稳定性蛋白质模块
在国家自然科学基金项目（批准号：22222703、22477058）等资助下，南京大学郑鹏团队在蛋白质的可控设计及其稳定性研究方面取得进展，相关工作以“基于氢键强化的超稳定蛋白质计算设计（Computational Design of Superstable Proteins through Maximized Hydrogen Bonding）”为题，于2025年11月18日在线发表于《自然·化学》（Nature Chemistry）期刊，论文链接：https://www.nature.com/articles/s41557-025-01998-3。
如何构建性能超越天然蛋白质的人工蛋白质，是化学、生物和材料科学交叉前沿领域重要科学问题。上述团队综合运用单分子力谱技术、分子动力学模拟与人工智能蛋白质设计方法，解析肌肉组织相关蛋白的力学稳定机制，并受此启发开发出一套计算设计框架。该框架通过系统性延伸蛋白质的β-折叠链结构、最大化其主链氢键网络以实现力学性能的精准调控，成功地从头设计出具备可控力学性能的超稳定“SuperMyo”系列蛋白质模块。
研究结果显示，该系列人工蛋白质的机械展开力随氢键数量增加呈线性增长，其中性能最优变体的展开力突破1000皮牛，达到天然肌联蛋白Ig结构域（约200皮牛）的5倍，进入纳牛量级；同时具备优异的热稳定性，熔解温度超过100°C，在150°C高温处理后仍能维持结构与力学功能。更重要的是，分子层面稳定性成功转化为宏观材料性能。基于SuperMyo构建的水凝胶，在121°C高压灭菌后仍能保持结构稳定与凝胶状态，而传统蛋白水凝胶在此条件下会变性沉淀，这凸显了其在极端环境下的应用潜力。