近日，中國農業科學院生物技術研究所微生物蛋白設計與智造創新團隊與國內科研單位合作，構建了基于分子動力學模擬與人工智能相結合的蛋白質突變體熱穩定性預測策略，并通過該策略成功實現了提升PET塑料降解酶耐熱性的分子設計，為酶蛋白的定向分子設計提供了新方法并為塑料的生物降解提供了新材料。相關研究成果發表在《計算與結構生物技術期刊（Computational and Structural Biotechnology Journal）》上。
熱穩定性是酶蛋白應用的一個重要理化性質，代表了蛋白質在高溫環境下的結構穩定性。目前, 以分子模擬和人工智能為代表的計算技術的不斷突破, 給蛋白熱穩定性理性設計注入新的活力。在此背景下, 該研究嘗試采用分子動力模擬和機器學習相結合的研究手段, 聚焦蛋白熱穩定性預測的新方法和熱穩定性改造實例研究。構建得到了具有高準確度的智能預測模型 (MDL)。同時該研究還成功將MDL策略應用于PET塑料降解酶TfCut2熱穩定改造之中。利用MDL策略將TfCut2進行全位點飽和突變 (正常實驗條件下無法進行如此大量的突變體實驗)，從中選出9個熱穩定性提高單點突變體進行了實驗驗證，結果表明有7個單點突變體的熱穩定性優于野生型TfCut2。在隨后的組合突變中得到最優突變體S121P/D174S/D204P的 T m值較野生型提高了9.3℃，其對PET塑料降解能力提高了46.42倍，這一結果進一步表明了MDL策略的有效性。
該研究得到國家重點研發計劃、中國農業科學院科技創新工程等項目資助。（通訊員 崔艷）
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2001037022000101
