中國科學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)基于三維結(jié)構(gòu)的高通量蛋白聚類方法和新型堿基編輯系統(tǒng)

近日，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所的科研團(tuán)隊(duì)成功運(yùn)用AI輔助的大規(guī)模蛋白結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)，創(chuàng)新地建立了基于三級(jí)結(jié)構(gòu)的高通量蛋白聚類方法，并開發(fā)了一系列具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型堿基編輯工具。這一研發(fā)成果對(duì)我國生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

蛋白質(zhì)作為生命活動(dòng)的主要參與者，其功能聚類對(duì)于理解其參與的生理過程和設(shè)計(jì)新型蛋白質(zhì)具有重要意義。蛋白質(zhì)的功能取決于其三維空間結(jié)構(gòu)，基于三維結(jié)構(gòu)的高通量蛋白質(zhì)聚類方法的開發(fā)將為蛋白質(zhì)功能研究提供更直接、可靠的手段，并推動(dòng)未知蛋白質(zhì)功能的挖掘。

堿基編輯系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)DNA或RNA的單核苷酸精準(zhǔn)編輯，是基因功能研究、疾病治療和生物育種的變革性技術(shù)。研究人員通過基于三維結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)多重比對(duì)與聚類，成功將潛在的脫氨酶分為20個(gè)不同的分支。研究結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的基于氨基酸一級(jí)序列的聚類方法相比，通過AI輔助的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)聚類能夠獲得更準(zhǔn)確的結(jié)果，尤其適用于蛋白質(zhì)集合具有低序列同源性和多樣功能的情況。因此，這一方法為蛋白質(zhì)功能分析和挖掘提供了一種高效、可靠的新策略。

在進(jìn)一步聚類的基礎(chǔ)上，研究人員鑒定出45個(gè)單鏈胞嘧啶脫氨酶和13個(gè)雙鏈胞嘧啶脫氨酶，并開發(fā)了一系列新型堿基編輯系統(tǒng)，對(duì)小鼠、大豆等動(dòng)植物細(xì)胞進(jìn)行了測(cè)試。這一研究突破了現(xiàn)有脫氨酶應(yīng)用的瓶頸，展示了新型堿基編輯系統(tǒng)在醫(yī)學(xué)和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景。該研究成果于6月27日在國際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》上發(fā)表。