AI首次从头设计出蛋白酶

David Baker 教授表示，酶是在温和的条件下加速化学反应的蛋白质，而即使是最优秀的人类化学家也做不到这一点。利用 AI 设计新的酶来应对各种化学挑战，无论是合成药物化合物还是分解微塑料，都将使我们得以利用大自然的高效率，而无需以来刺激性溶剂或化石燃料。

传统的酶工程研究，聚焦于修改已存在的蛋白酶，但这就像你买来一件旧西装，寄希望于简单修改就能适合自己穿，这显然不大可能。而从头设计蛋白，相当于从头开始量身定制一件西装，尤其是随着人工智能技术的进步，我们能够从头定制一个新的酶，确保其完美适合催化的每一步反应。

然而，之前使用 AI 从头设计酶的努力收效甚微，设计出来的酶无法像天然酶那样催化多步反应，通常在反应的第一步后就停止了。

丝氨酸水解是一个四步化学反应，包括破坏分子之间的酯键，丝氨酸水解酶是催化丝氨酸水解反应的天然酶，其参与多种生物学过程，包括消化、脂肪代谢和血液凝固。

研究团队希望从头设计出一种新的丝氨酸水解酶，为了克服之前的挑战，研究团队从他们之前开发的 RFdiffusion 开始，这是一种从头设计全新蛋白质的 AI 算法，能够从头生成各种功能性蛋白质，该研究于 2023 年 7 月发表于 Nature 期刊【2】。 

研究团队使用 RFdiffusion 从头开始生成新的酶结构。然后，他们创建了一个名为 PLACER 的深度神经网络，通过模拟酶中的原子位置以及在反应的每一步中与之结合的分子，来改进结构设计。PLACER 就像一个“过滤器”一样工作，它检查酶的活性位点（与分子相互作用的部分）是否兼容并被正确安排以完成反应的每一步。